전기연구원, SiC 전력반도체 '트렌치 모스펫' 국산화 성공

생산량 증대 효과…"차량용 반도체 공급 부족 현상 완화 기대"

[프라임경제] 전기자동차(이하 전기차) 수요 급증과 맞물려 차량용 반도체(전력반도체) 부족 현상이 심화되고 있는 가운데, 이 문제를 해소할 수 있는 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국전기연구원이 SiC 전력반도체 소자 최첨단 기술인 트렌치 구조 모스펫(MOSFET)을 개발했다. ⓒ 한국전기연구원

과학기술정보통신부 산하 한국전기연구원(이하 전기연구원)은 SiC(Silicon Carbide·탄화규소) 전력반도체 소자 최첨단 기술인 트렌치 구조 모스펫(MOSFET)을 개발했다고 21일 밝혔다.

SiC 트렌치 모스펫은 SiC 웨이퍼(반도체 기판)에 좁고 깊은 골(트렌치)을 만들고 골의 벽면을 따라 전류 통로인 채널을 상하 방향으로 배열한 것으로, 수평 배열이던 기존 채널 구조와 차별화했다. 

기존과 달리 수평으로 배열된 채널을 수직으로 세운 만큼 채널이 차지하는 면적을 절약할 수 있어서 전력 소자의 면적을 최대 수십 퍼센트 줄일 수 있다. 또한 이를 전기차에 적용하면 최대 10%의 연비를 향상시킬 수도 있다고 연구팀은 설명했다.

SiC 트렌치 모스펫의 핵심 기술 개발에 참여한 문정현 전기연구원 전력반도체연구센터 박사는 "SiC 전력 소자에서 가장 난이도가 높은 이 기술이 적용되면 웨이퍼당 더 많은 칩을 만들 수 있어 공급량도 늘리고 소자 가격도 그만큼 낮출 수 있다"고 설명했다. 

이처럼 국내 연구진에 의해 트렌치 기술이 개발됨에 따라 SiC 전력반도체의 생산량을 증가시켜 차량용 반도체 공급 부족 현상을 완화시킬 수 있을 지 주목된다. 

특히 이번 개발은 SiC 기술 1부 리그에 후발 주자인 한국이 합류했다는 의미도 있다고 전기연구원은 설명했다.

SiC 트렌치 구조는 안정적인 동작 및 장기 내구성 확보 등 해결해야 할 난제가 많아 독일과 일본만이 양산에 성공할 정도로 기술 장벽이 높다. 

방욱 전력반도체연구센터장은 이와 관련해 "트렌치 모스펫 기술은 우리 연구원이 20년 간 쌓아온 SiC 소재 및 소자 기술이 집약된 것"이라며 "수년 내에 SiC 시장의 주역이 될 트렌치 모스펫이 국산화 된 것이 가장 큰 의미"라고 평가했다.

전기연구원은 SiC 트렌치 모스펫 원천기술을 포함해 제품 상용화를 위한 각종 기술 패키지를 SiC 전력반도체 전문업체인 주식회사 예스파워테크닉스에 기술을 이전하기도 했다. 기술이전 금액은 과제수탁 계약 포함 총 20억원에 이르는 대형 계약이다. 

앞으로 전기연구원은 장비 구매부터 양산화 라인 구축까지 전 프로세스를 지원하는 등 그간 수입에 의존했던 SiC 전력반도체의 국산화 및 대량 생산화를 위해 적극적으로 나설 예정이다.

한편, 유럽 시장조사기관 IHS 마켓 등에 따르면, SiC 전력반도체 시장은 지난해 약 7억달러(약 7800억원) 수준에서 오는 2030년 약 100억달러(약 11조 1400억원) 규모로 연평균 32% 높은 성장세를 나타낼 전망이다.