화합물반도체 전문회사 시지트로닉스(대표 심규환·조덕호)는 차세대 전력용반도체로 각광받고 있는 산화갈륨(Ga2O3)을 활용한 초고속 스위칭용 쇼트키 배리어 다이오드(SBD)를 개발했다고 22일 밝혔다.
산화갈륨은 실리콘카바이트(SiC)와 질화갈륨(GaN)보다 더 넓은 에너지 밴드폭과 높은 절연파괴전계 특성을 가진 와이드밴드갭(WBG) 물질에 해당한다. 밴드갭은 전자가 모여있는 '전도대'와 전자가 비활성된 '가전자대' 영역 간의 에너지 폭을 말한다. 밴드갭이 넓을수록 전자의 움직임이 자유로워져 더 높은 전압과 온도, 주파수에서 동작할 수 있게 된다.
산화갈륨 전력반도체는 미국·일본 등 세계적으로 활발히 연구되고 있는 차세대 전력변환용 반도체의 핵심 소자다. 기존 제품의 단점인 낮은 항복전압(VB)과 높은 누설전류(IL)의 난점을 극복하고 차별화한 고전압·고전류·고온·고효율화 응용이 가능하다. 전력변환기와 모터 드라이브, 인버터 등 전기자동차 시장에서 주목받고 있다.
하지만 다른 WBG 소재 대비 관련 연구·개발(R&D) 단계가 낮아 아직 본격적인 상용화 단계에는 이르지 못했다. 때문에 전 세계의 여러 반도체 관련 기관 및 기업이 산화갈륨 시장을 선점하기 위한 노력을 펼치고 있다. 최근 산화갈륨 전력반도체 소자 관련 특허 수가 50% 이상 증가했을 정도다.
시지트로닉스는 산업통상자원부 소재부품기술개발사업의 일환으로 수행한 '저결함 특성의 고품위 산화갈륨 에피소재 및 1㎸ 이상의 항복전압을 가지는 전력소자 기술 개발' 프로젝트를 통해 국내 최초로 1200V급 산화갈륨 반도체를 개발하는 데 성공했다. 이로써 향후 차세대 전력반도체 산업에서 주도권을 확보할 수 있게 됐다.
특히 울트라 와이드밴드갭(UWB) 반도체로 알려진 산화갈륨 반도체를 활용, 반도체소자의 누설전류와 온저항을 최소화해 일반 가전 및 정보기술(IT) 기기 인버터 및 컨버터용 뿐만 아니라 전기차 충전 모듈, K-방산, K-우주항공 분야에 응용하고 전력소모 감소·소형화·경량화에도 기여할 것으로 기대하고 있다.
김종원 시지트로닉스 마케팅 이사는 “이번 성과가 획기적인 이유는 산화갈륨 벌크 기판의 대구경화를 통해 대전력 스위칭을 제어하는 성능을 갖춰 실리콘카바이트와 질화갈륨과는 차별화된 응용분야로 확장할 있기 때문”이라며 “향후 다양한 산업계의 고객과 협의해 최적화한 제품으로 양산화를 추진하겠다”고 말했다.
정읍=김한식 기자 hskim@etnews.com
