2300 V 고전압서 작동되는 '센 반도체' 등장

ETRI, 산화갈륨 활용 전력반도체 '모스펫' 개발
전기차·자율차·풍력발전 등에 활용···5년 내 상용화 계획

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한효정 기자 - 2019.05.15

국내 연구진이 신소재로 최고 전압에 견디는 전력반도체를 개발했다. 

ETRI(한국전자통신연구원·원장 김명준)는 산화갈륨(Ga2O3)을 이용해 2300 V 고전압을 견딜 수 있는 전력반도체 트랜지스터, 모스펫(MOSFET)을 개발했다고 15일 밝혔다. 

ETRI 연구진이 개발한 산화갈륨 전력반도체 모스펫(MOSFET). <사진=ETRI 제공>ETRI 연구진이 개발한 산화갈륨 전력반도체 모스펫(MOSFET). <사진=ETRI 제공>

반도체 물질인 산화갈륨은 전력변환 효율이 좋은 소재다. 이 소재를 활용하면 기기가 작동할 때 뜨거워지는 것을 막고, 에너지를 줄일 수 있다. 또 산화갈륨은 기존 반도체 소재보다 고전압에서 반도체 성질을 유지할 수 있어 칩을 작고 효율적으로 만들어 준다.

산화갈륨의 단점은 낮은 전기 전도도다. 연구팀은 전자가 지나가는 최적의 길인 채널·전극을 디자인하고 반절연체 기판을 사용해 2000 V 벽을 넘는 데 성공했다. 연구팀이 개발한 전력반도체 소자는 기존 최고 전압 대비 25% 이상 높은 2320 V 전압에서 작동된다. 

산화갈륨 전력반도체 소자의 크기는 0.2 ㎜ x 0.4 ㎜ 다. 연구팀은 칩 크기를 상용 제품 대비 30~50% 작게 만들어 동일한 웨이퍼 대비 칩 생산을 2~3배 높일 수 있다고 밝혔다.

신개념 반도체는 가전제품은 물론, 고전압이 필요한 전기자동차·자율주행차·풍력발전·기관차 등의 모듈에 내장되어 효율성을 높일 것으로 기대된다. 

연구팀은 이번에 개발한 트랜지스터의 구조, 소자설계, 제조 공정기술 등을 전력반도체칩 생산회사와 전력변환모듈 생산업체 등에 기술이전 할 계획이다.

문재경 RF/전력부품연구그룹 박사는 "산화갈륨 전력반도체 상용화를 목표로 고전압·대전류용 대면적 소자 기술을 개발할 예정"이라고 말했다. 연구진은 상용화가 5년 내 가능할 것으로 예상한다.

장우진 박사(왼쪽)와 문재경 박사가 산화갈륨 전력반도체 모스펫(MOSFET)을 측정하고 있다. <사진=ETRI 제공>장우진 박사(왼쪽)와 문재경 박사가 산화갈륨 전력반도체 모스펫(MOSFET)을 측정하고 있다. <사진=ETRI 제공>
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