▲ 연도별 단결정 성장방법에 따른 출원동향.

도요타의 하이브리드 ‘프리우스’는 탄화규소(SiC) 전력반도체를 적용해 차량의 전력을 80% 줄이고, 연비를 5% 이상 개선했다. 소재분야의 경쟁력이 제품경쟁력으로 직결된 사례이다.

이처럼 전기차, 하이브리드 자동차 등 전기·전자분야에서 에너지효율을 높이는 핵심소재인 탄화규소 전력반도체 기술이 국내에서도 꾸준하게 개발되고 있다.

특허청(청장 최동규)에 따르면, 전기차, 하이브리드 자동차의 에너지 효율을 개선할 수 있는 탄화규소(SiC) 단결정 성장방법에 관련된 출원 건수는 최근 10년간 총 117건이며, 2011년에 급격히 증가한 이후 완만한 성장세를 보이는 것으로 집계됐다.

SiC반도체는 전압과 전력을 조절하는 반도체로 전력의 효율적으로 관리 할수 있기 때문에 전기차, 철도등 전력소비가 많은 기기에 사용된다. 실리콘반도체 대비 전력도 절감하고 열발생도 적어 고온·고압을 견디는 전력반도체와 공정장비 부품으로 각광 받고 있다.

단경절 성장방법에 따른 출원동향을 살펴보면 2010년에 9건에 불과하던 출원이 2011년 22건, 2012년 9건, 2013년 23건으로 꾸준한 증가세를 보이고 있으며 가장 많은 출원을 기록한 성장방법은 승화법이 59%(69건), 용액성장법 33.3%(39건), 고온기상증착법 7.7%(9건)인 것으로 나타났다.

▲ 주요 SiC 잉곳성장기술 개요 ( 출처 : Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials, 2016).

승화법은 전력반도체 상업화 초기부터 광범위하게 사용되고 있는데 높은 성장온도에 따른 탄화규소(SiC) 결정결함제어의 어려움으로 인해 정체추세이다. 용액성장법은 비교적 낮은 온도(2100℃이하)에서 결함이 현저히 감소된 고순도·고품질의 단결정을 제조할 수 있다는 장점으로 2013년부터 급격히 증가하고 있다.

국가별로는 한국(64건, 54.7%)과 일본(48건, 41.0%)이 지난 10년(06~15)간 주를 이루고 있다. 다출원 순위는 포스코그룹(21건), 도요타자동차(20건, 신닛테츠스미킨과 공동출원 8건 포함), 동의대학교(13건), SK이노베이션(8건) 등 순으로 조사됐다.

내국인 출원은 ‘초고순도 탄화규소(SiC) 소재사업단’의 1단계가 시작된 2010년 이후부터 증가하고 있으며, 이를 기점으로 누적건수는 외국인 출원을 넘어섰다.

특허청 반용병 정밀화학심사과장은 “초고순도 SiC 재료는 고난이도 기술을 요구하지만, 반도체 산업을 한 단계 성장시키기 위해서는 반드시 확보해야하는 원천소재기술이다”라며 “향후 전기자동차/태양광용 에너지 소자 및 고순도 반도체 부품 분야로의 지속적인 시장선점을 위해서 차별화된 자체기술보유는 물론이고 지재권의 확보에도 관심을 가질 필요가 있다”라고 밝혔다.