韓國電子通信硏究院·韓國세라믹技術院
문재경 ETRI 責任硏究員(왼쪽)과 前大宇 KICET 前大宇 責任硏究員(오른쪽)李 酸化갈륨 에피素材와 모스펫 素子에 關해 論議하고 있다. ETRI 提供
國內 硏究팀이 '次世代 電力半導體'로 불리는 酸化갈륨 電力半導體의 核心인 에피 素材와 모스펫 小子 工程 技術을 개발했다.
韓國電子通信硏究院(ETRI)은 韓國세라믹技術院(KICET)과 함께 國內 最初로 3킬로볼트(kV)級 酸化갈륨 電力半導體 素子 技術을 開發했다고 1日 밝혔다.
電力半導體 素子는 素材·部品·裝備 關聯 政府가 指定한 12代 國家戰略技術 中 하나다. 移動 및 兩者通信, 電氣車, 太陽光 및 風力發電, 電力電送, 國防, 宇宙航空, 量子컴퓨터 等 國家 産業 全般에 쓰이는 核心 部品이다. 現在 95% 以上 海外 輸入에 依存한다.
共同硏究팀은 酸化갈륨을 活用해 電力半導體 素材와 素子 技術을 國産化하는 데 成功했다. 酸化갈륨(Ga2O3) 電力半導體의 核心 素材로 只今까지는 日本과 美國이 技術的 優位에 있다고 알려져 있다.
KICET 硏究팀은 單結晶 基板 위에 에피 薄膜 여러 層을 성장시키는 工程인 '酸化갈륨 에피 素材 技術'을 開發했다. 에피 薄膜의 두께를 10億分의 1미터인 나노미터(㎚) 크기에서 100萬分의 1미터인 마이크로미터(㎛) 單位까지 자유롭게 만들 수 있다. 電子濃度도 廣範圍하게 調節할 수 있다. 에피 薄膜은 素子의 性能을 左右하는 核心 技術이다.
ETRI 硏究팀은 에피 薄膜 技術을 活用해 3kV級 모스펫(MOSFET) 素子를 開發했다. 에피所在 基板 위에 微細 패턴 形成, 저損傷 息角, 蒸着 및 熱處理 工程 等을 통해 電力半導體 素子인 모스펫 素子를 製作했다.
3kV級은 都市鐵道, 地下鐵, 超急速 電氣車 充電器 等에 應用이 可能한 電壓 水準이다. 酸化갈륨 3kV級 電力半導體를 電氣車 超急速 充電器에 適用할 境遇 充電 時間을 30分代에서 20分 以下로 줄일 수 있다.
硏究팀은 開發한 電力半導體 素子로 旣存 電力半導體 對比 價格 競爭力을 20倍 水準으로 올릴 수 있다고 내다봤다. 旣存 電力半導體의 3分의 1에서 5分의 1 水準까지 製造 費用을 줄일 수 있다는 說明이다.
酸化갈륨 半導體는 더 높은 電壓까지 견딜 수 있어 電力半導體 素子의 크기를 折半 以上 줄일 수 있다고 說明했다. 電力變換 效率도 높아 電力半導體 素子의 性能을 10倍 以上 높일 수 있는 것으로 나타났다.
向後 全力 送配電網, 高速鐵道, 데이터센터, 量子컴퓨터, 電氣自動車 等 電力 使用이 많은 産業分野에 適用할 수 있을 것으로 展望했다.
ETRI는 "1마이크로미터 두께의 鍍金工程을 利用한 4인치 모스펫 小子 商用化 技術을 開發 中"이라며 "世界 最初로 수 kV級 酸化갈륨 電力半導體 모스펫 素子를 商用化할 計劃"이라고 밝혔다.
