ETRI, 2300V 견디는 전력반도체 '모스펫' 개발

고전압·고전력서 잘 견뎌 전기차, 풍력발전, 기관차에 사용
차세대 전력반도체 활용 가능성 높여 5년내 상용화 전망

국내 연구진이 신소재를 이용해 세계 최고의 전압에 견디는 전력반도체 '모스펫(MOSFET)'을 개발하는데 성공했다. 이 기술은 고전압이 요구되는 전자제품, 전기자동차, 풍력발전, 기관차 등에서 전력을 바꿔주는 모듈에 사용됨으로써 고전압·고전력에서도 잘 견디는 '힘센 반도체'로서 역할이 가능할 것으로 보인다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 산화갈륨(Ga2O3)을 이용해 2300V 고전압에도 잘 견디는 전력 반도체 트랜지스터를 처음으로 개발했다고 15일 밝혔다. 연구진은 이 기술의 상용화를 5년 내로 보고 있다.

ETRI 연구진은 처음으로 2000V의 벽을 넘는데 성공, 기존 최고 전압 수준 대비 최소 25% 높은 2320V 산화갈륨 전력반도체 소자기술을 개발했다.

이로써 기존 미국 버팔로대학 1850V급 전력소자 대비, 동작되는 저항을 50%로 낮췄고, 항복전압도 25% 높이는 산화갈륨 트랜지스터를 구현했다.

현재, 연구진이 개발에 성공한 산화갈륨 전력반도체 소자의 크기는 0.2㎜ x 0.4㎜ 수준이다. 향후 칩을 대형화하기 위해 패키징을 할 경우 현재, 표준 크기가 1.5㎝ x 1.5㎝ 내외인데 전용 패키지를 만들어 더 작게 만들 계획이다. 칩 크기는 현재 상용제품 대비 30~50% 작게 만들 수 있어 동일한 웨이퍼 대비, 칩 생산을 2~3배 더 할 수 있다고 연구진은 밝혔다.

연구진은 이번에 개발한 트랜지스터의 구조, 소자설계, 제조공정기술 등에 대해 전력반도체칩 생산회사와 전력변환모듈 생산업체 등에 기술이전 할 계획이다.

향후, 이 기술은 대면적 소자에 동일하게 적용할 수 있어 초고압직류송전(HVDC) 변환설비나 태양광, 풍력발전을 비롯한 신재생 에너지 산업에 많은 활용이 기대된다. 또한 전기차·수소차·자율주행차와 같은 차세대 자동차는 물론, 냉장고, 세탁기, 에어컨 등 가전제품과 같이 다양한 산업에서도 활용이 가능해 시장전망이 매우 밝다고 설명했다.

ETRI RF·전력부품연구그룹 문재경 박사는 "향후 세계 최초로 산화갈륨 전력반도체의 상용화를 목표로 고전압·대전류용 대면적 소자 기술개발 연구를 추가적으로 진행할 예정이다"고 말했다.

연구진은 차세대 전력소자 연구개발을 위해 9건의 연구 논문 발표와 관련기술의 특허 출원도 완료했다.

연구진이 개발한 결과는 우수성을 인정받아 미국 전기화학회(ECS) 학술지의 편집자 선택(Editors'Choice) 논문으로 선정됐다.

[e-mail] 김만기 기자