메뉴 건너뛰기

XpressEngine

日 독점 전력반도체 검사장비 국산화 성공..전기車 사고위험 없앤다

입력 2021. 03. 08. 10:20 수정 2021. 03. 08. 10:21 

- 전기硏, '전력반도체용 SiC 소재' 결함 분석 및 평가기술 개발
‘전력반도체용 SiC 소재’ 결함 분석 및 평가기술 개발한 전기연 연구팀. 왼쪽부터 정현진·방욱·나문경 연구원.[한국전기연구원 제공]

국내연구진이 그동안 일본이 독점해오던 고가의 전력반도체 검사장비 국산화의 신호탄을 쐈다.

한국전기연구원은 전력반도체연구센터 방욱·나문경 박사팀이 전력반도체 소자의 시작점인 탄화규소(SiC) 소재의 결함을 조기에 분석하고 평가할 수 있는 기술을 개발했다고 8일 밝혔다.

전력반도체는 전력이 필요한 곳이면 필수적으로 활용되는 산업의 중요 부품으로, 전류 방향을 조절하고 전력 변환을 제어하는 등 사람의 근육과 같은 역할을 한다. 전력반도체는 전기차 및 신재생에너지 등 친환경 산업의 근간을 이루는 첨단 소재로 5G 이동통신망 등 디지털 기반의 4차 산업을 이끄는 핵심 기술로 손꼽힌다. 특히 전기차에서 배터리와 전기모터를 연결하는 고성능 인버터에 필수적인 부품으로 활용되며 최근 많은 주목을 받고 있다.

전력반도체의 핵심인 제어 효율을 유지하는 소재는 기존 실리콘(Si)에서 탄화규소(SiC)로 대체되는 추세다. 우수한 열적·전기적 특성을 지닌 SiC는 뛰어난 내구성과 범용성, 동작 온도 및 속도, 높은 효율성 등을 자랑하며 기존 실리콘 전력반도체 시장을 빠르게 대체하고 있다.

하지만 SiC 소재는 재료 특성상 눈에 보이지 않는 내부의 결정 결함이 있어 반도체 소자의 성능을 저하시키는 주요 원인 중 하나로 손꼽힌다. 이러한 결정 결함은 워낙 복잡하고 규명하기 어려워 반도체 소자의 구동 초기부터 특성을 저하시키는 경우가 있고, 더 심각한 상황은 사용 중에 점차 특성이 변화돼 문제를 일으키는 경우도 있다. 예를 들어 사고에 민감한 전력계통 현장이나, 도로에서 주행 중인 전기차의 SiC 전력반도체에 문제가 발생할 경우 심각한 인명·재산 피해까지 이어질 수 있는 상황이다.

우수한 성능의 SiC 전력반도체를 개발하는 것도 중요하지만, 추후 문제가 발생하지 않도록 결함을 검사하고, 각종 문제를 해결할 수 있는 분석 기술이 반드시 필요하다. 하지만 SiC 소재의 결함은 눈에 보이지 않고, 물질도 아주 단단해 관찰 방법이 매우 어렵다. 현재 SiC 소재 검사 장비는 일본이 세계시장 80% 이상을 점유할 정도로 기술 난이도와 진입장벽이 높다. 장비 비용도 고가이다 보니 국내에서는 일부 웨이퍼 표본으로 성능을 검사하는 수준에 그치고 있다.

연구팀은 광여기발광(PL) 현상을 이용해 SiC 소재의 결함을 검출하는 기술을 국내최초로 개발했다. PL 분석법은 여기된(excited) 전자들이 다시 제자리로 돌아가는 단계에서 특정한 파장의 빛을 내게 되는 현상을 분석한다. 즉 SiC 소재에 자외선(UV) 에너지를 보낸 뒤, 전자들이 내놓는 특정 파장을 분석해 정상인지 아닌지를 판단하는 것이다.

검사 대상 및 평가 항목에 따라 2개의 다른 파장 빛을 선택해서 표면과 내부 결함을 검출하는 일본 제품과 달리, 이 장비는 단 하나의 레이저 파장만으로도 SiC 소재의 파괴 없이 내부의 다양한 결함을 검사할 수 있다. 검사 정밀도 등 장비 성능은 일본 장비보다 동등 이상의 수준을 보였다. 연구팀은 업체와의 기술이전 및 상용화 라인 구축을 통해 검사 장비 가격도 일본 제품(약 14억) 대비 절반 수준으로 공급할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

‘전력반도체용 SiC 소재’ 결함 분석 평가장비.[한국전기연구원 제공]

나문경 박사는 “제품의 신뢰성과 품질을 확보할 수 있는 다양한 평가 방법을 개발해 SiC 전력반도체의 ‘설계-공정-평가’까지 이어지는 통합 제작라인을 구축한 것”이라며 “지속적인 연구를 통해 평가 대상의 확대 및 분석기법의 다양화·정밀화가 이루어질 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.

한편 유럽 시장조사기관 IHS 마켓 등에 따르면 SiC 전력반도체 시장은 지난해 약 7억 달러(약 7800억원) 수준에서 오는 2030년 약 100억 달러(약 11조 1400억원) 규모로 연평균 32% 높은 성장세를 나타낼 것으로 전망된다.

번호 제목 글쓴이 날짜 조회 수
69 전세계 '12인치 파운드리 생산 5%' 멈췄다…낸드가격 8% 오른다 D.H.Cho 2021.03.16 1214
68 폭스바겐, 2030년까지 배터리 공장 6곳 설립…한국산 줄인다 D.H.Cho 2021.03.16 1571
67 삼성전자, 세계 유일 EUV 제조사 ASML 3000억 투자로 3兆 ‘대박’ D.H.Cho 2021.03.16 1296
» 日 독점 전력반도체 검사장비 국산화 성공..전기車 사고위험 없앤다 C.W.Chung 2021.03.08 1159
65 SK하이닉스 '이미지센서 추격전' 속도 D.H.Cho 2021.03.05 1114
64 TSMC, 美애리조나에 '메가팹' 투자 확대…삼성은 제자리걸음 D.H.Cho 2021.03.05 1197
63 "D램 끊지 마" 다급한 화웨이, 삼성·하이닉스에 SOS C.W.Chung 2020.05.26 1610
62 삼성전자, '평택 EUV 파운드리 투자 ' 주가 4만 8800원(0.1% C.W.Chung 2020.05.26 1382
61 삼성, '삼성전자→삼바'로 인력 재배치…"이례적" C.W.Chung 2020.05.26 1725
60 삼성 세계 낸드 점유율 압도적 1위…`반도체 코리아` 굳건 C.W.Chung 2020.05.26 1348
59 "TSMC 잡자"…삼성, 평택에 EUV 파운드리 라인 짓는다 C.W.Chung 2020.05.21 1344
58 삼성전자 등 애플 부품주, 하반기 실적 기대감 C.W.Chung 2020.03.25 1348
57 삼성전자, D램에 EUV 첫 적용···미세공정 한계 돌파 C.W.Chung 2020.03.25 1345
56 삼성 파운드리포럼 연기…코로나에 '반도체 비전 2030'도 차질 C.W.Chung 2020.03.16 1347
55 삼성전자 "D램 생산서 10나노 비중 연말 70~80%" D.H.Cho 2019.10.31 5081
54 [단독]삼성 오늘 비메모리 육성·상생 '비전 2030' 발표 D.H.Cho 2019.04.24 1468
53 삼성 '파운드리 드라이브' 통했나···흔들리는 TSMC D.H.Cho 2019.03.28 2148
52 삼성, 세계 최대 용량 모바일D램 양산 D.H.Cho 2019.03.14 1505
51 D램 대안으로 개발한 M램, 두뇌붙여 자율주행에 적용? D.H.Cho 2019.03.06 1350
50 올해 반도체 세계시장 2.6% 성장 ‘연착륙’ 전망 D.H.Cho 2019.03.04 1334

Electronic Materials Processing Laboratory(2E-244)
Department of Chemical Engineering, Inha University
100 Inha-ro, Nam-gu, Incheon, Korea, 402-751
TEL: 032-860-7473 FAX: 032-872-0959