“SiC 전력반도체 산업 생태계 조성 주춧돌 놓을 터”

“현재 실리콘(Si) 기반 메모리반도체가 우리나라 수출을 책임지고 있지만 전기차, 스마트카, 로봇 등 새로운 산업에 필요한 전력반도체가 조만간 새로운 먹거리산업으로 자리매김할 것입니다. 차세대 반도체 시장 선점을 위해 SiC(탄화규소, 실리콘 카바이드)에 대한 정부의 집중 투자와 함께 기업들이 도전하고 투자할 수 있는 ‘마중물’을 마련해주는 정책이 필요한 시점입니다.”

지난 11월29일 부산시 누리마루 APEC 하우스에서 열린 ‘SiC 재료 및 소자 국제심포지엄 2018’을 기획·추진한 신훈규 포스텍 교수(포스텍-프라운호퍼 IISB(에를랑겐) 국제공동연구 센터장)은 올해 두 번째로 열린 행사임에도 불구하고 100여명이 넘는 산학연 관계자가 참석한 것은 그만큼 SiC 전력반도체에 대한 기대감을 나타내는 것이라고 밝혔다.

지난 1960년대부터 전력반도체 소재로 사용된 실리콘(Si)은 동작 온도나 속도, 효율 등에서 한계에 부딪치면서 물질특성이 우수한 탄화규소(SiC)와 질화갈륨(GaN)이 차세대 신소재로 주목받고 있다. 특히 고전압·고내열 성능이 우수한 SiC 전력반도체는 전기차, 스마트카 시장 성장과 함께 가장 상용화가 유망한 분야다.

Yole Development에 따르면 SiC 기반의 전력반도체 시장이 2019년에 전환점을 맞이하여 2020년부터 연평균 40% 성장률로 성장할 것이며, 2022년에는 그 규모가 10억달러 이상이 될 것으로 전망되고 있다.

이에 독일, 일본, 미국 등 전력반도체 선진국들은 차세대 전력반도체 개발을 위한 적극적인 R&D 투자와 함께 특허 및 표준 선점에 발 빠르게 나서고 있는 상황이다. SiC 전력반도체 공정은 크게 SiC 기판-에피 성장-소자 제작 등으로 나눌 수 있는데 현재 미국의 Wolfspeed, 독일의 Infineon, 일본의 ROHM과 같은 선진사가 주도하고 있으며, Mitsubish, STMicroelectronics, Fuji, Toshiba, MicroSemi, USCi, GeneSiC 등 세계 전력반도체 메이저 10개 업체가 모두 소자 개발 및 생산에 참여하고 있다.

국내에서는 고품질의 SiC 단결정 웨이퍼 공급을 위해 LG이노텍, 포스코, SKC, 사파이어테크놀로지, LG화학, 세라믹기술원 등이 단결정 기판 및 에피성장 기술개발을 수행 중이며 SiC 소자개발을 위해서 한국전기연구원, 한국전자통신연구원, 나노융합기술원, 광전자, 트리노 테크놀로지, 광운대학교 등이 소자 개발을 진행 중이다. 온세미컨덕터, 예스파워테크닉스 등 기업이 SiC 전력반도체 생산을 준비 중이며 현대차는 독자적으로 SiC 전력반도체를 개발해 자사 전기차에 테스트 중이다.

2020년 본격 상용화 돌입 전망, 산학연 장비·소재 개발 협력 시급

정부 차세대 반도체 집중 투자 필요, NINT 中企 지원 팹 구축 추진

Si 전력반도체 인프라를 갖추고 기술사업화를 지원하고 있는 포항공과대학교 나노융합기술원(NINT)은 SiC 전력반도체 기술개발과 기업지원을 위해 독일의 실용화 전문연구기관인 프라운호퍼 IISB와 지난 2017년부터 6년간 SiC 기반 전력반도체 실용화 국제공동연구를 수행하고 있다. 이의 일환으로 지난해부터 SiC 국제심포지엄을 개최해 한국 SiC 전력반도체 상용화를 위한 네트워크의 장을 마련하고 있는 것이다.

신훈규 교수는 “SiC 전력반도체는 비싼 가격과 장비, 소재 등 기술적인 문제로 인해 아직 시장이 본격적으로 개화되지 않고 있지만 2020년부터 본격적인 상용화가 기대되고 있다”며 “국내의 경우 원천 기술 부족과 해외 특허 등으로 인해 전력반도체 시장의 90% 이상을 해외 수입에 의존하고 있기 때문에 최신 공정기술을 공유하고 산학연 협력을 통한 생태계 구축에 기여하고자 심포지엄을 기획하게 됐다”고 밝혔다.

포스텍과 프라운호퍼는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 지원을 통해 SiC기반 MOSFET 소자개발을 추진 중으로, 개발된 기술을 유망 중소벤처기업에 이전해 상용화시키기 위해 경상북도와 포항시의 지원으로 전문 팹(Fab)을 구축할 예정이다. 이 연구는 SiC MOSFET 기술 로드맵의 최상단에 속하는 기술인 SiC Superjunction MOSFET이기 때문에 우리 기업의 상용화시 파급효과가 클 것으로 기대되고 있다.

신훈규 교수는 “우리나라는 세계 Si 반도체 시장에서 성공한 경험과 노하우를 확보하고 있기 때문에 SiC와 같은 차세대반도체 시장 개화에 필요한 장비, 소재 장벽을 극복할 수 있는 가능성이 높다”며 “기업들이 기술개발과 투자에 나설 수 있도록 정부가 정책적인 지원과 비전을 제시해야하며 유망 벤처기업들을 탄생할 수 있도록 전체 공정을 지원할 수 있는 팹을 구축하는데 집중적인 지원이 필요한 시점”이라고 밝혔다.