세계 최고 2천320V 전압 견디는 '힘센 반도체' 구현(종합)

세계 최고 2천320V 전압 견디는 '힘센 반도체' 구현(종합)
한국전자통신연구원 산화갈륨 '모스펫' 개발…"5년 내 상용화 목표"




(대전=연합뉴스) 이재림 기자 = 국내 연구진이 신소재를 이용해 세계 최고 전압을 견디는 반도체를 개발했다.
한국전자통신연구원(ETRI)은 산화 갈륨으로 2천300V 넘는 고전압까지 견디는 전력 반도체 트랜지스터를 처음으로 만들었다고 15일 밝혔다.
ETRI 연구진이 거둔 성과는 일명 '모스펫'(MOSFET·Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 구조·설계·공정 기술이다.
모스펫은 금속·산화막·반도체 전계효과 트랜지스터의 영문 약자인데, 산화 갈륨을 소재로 써서 기존 한계를 극복했다.
산화 갈륨은 실리콘, 질화갈륨, 탄화규소 같은 반도체 물질이다.
칩 소형화, 고효율화, 고전력 소자 제작 등 가능성 덕분에 차세대 전력 반도체 소자로 주목받는다.
산화 갈륨의 대표적 성질은 기존 반도체 소재보다 에너지 밴드 갭이 넓다는 점이다.
밴드 갭은 반도체 물질의 고유 물리량이다. 전류를 막는 일종의 '에너지 장벽'에 비유할 수 있다.
0에 가까우면 전류가 쉽게 흘러 도체가 되고, 너무 크면 전기가 통하지 않는 절연체가 된다.
바꿔 말하면 산화 갈륨은 자칫 전기 전도도가 떨어질 수 있다는 단점을 가진다.


ETRI 연구진은 난제 해결을 위해 전자가 지나가는 최적의 길 디자인, 반 절연체 기판 사용, 공정·소자구조 설계기술 채택 등을 통해 처음으로 2천V 벽을 넘는 데 성공했다.
아예 기존 최고 전압 수준 대비 25％가량 향상한 2천320V 산화 갈륨 전력 반도체 소자 기술을 내놨다.
이 산화 갈륨 전력 반도체 소자 크기는 가로 0.2㎜·세로 0.4㎜ 수준이다.
칩은 현재 상용제품보다 30∼50％ 더 작게 만들 수도 있어서 2∼3배 더 많은 양을 생산할 수 있다고 연구진은 강조했다.
해당 기술은 초고압 직류송전(HVDC) 변환설비·태양광·풍력발전을 비롯한 신재생 에너지 산업에 활용할 수 있다.


전기차·수소차·자율주행차 같은 차세대 자동차를 비롯해 실생활 속 다양한 가전제품에도 적용할 수 있을 것으로 ETRI는 보고 있다.
문재경 ETRI RF/전력 부품연구그룹 박사는 "세계 최초로 산화 갈륨 전력 반도체 상용화에 나설 것"이라며 "고전압·대전류용 대면적 소자 기술개발 연구를 추가로 진행할 방침"이라고 말했다.
연구진은 이번 기술의 상용화 시기를 5년 안으로 잡고 있다고 덧붙였다.
성과를 담은 연구 논문은 미국 전기화학회(ECS) 학술지 '편집자 선택'(Editors' Choice)으로 선정됐다.
아울러 9건의 연구 논문 발표와 관련 기술 특허 출원을 마쳤다.
해당 기술은 전력반도체칩 생산 회사와 전력변환 모듈 생산업체 등에 이전될 예정이다.
walden@yna.co.kr
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