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와이드 밴드-갭 반도체에 의한 파워 일렉트로닉스 혁신

전문가 제언: ○ 파워 일렉트로닉스 기술은 전력에너지의 발생, 운송, 저장, 소비 및 에너지 절감과 지속적인 사화발전을 위해서 필요불가결한 기술이다. 파워 일렉트로닉스 분야에서 중요한 부품이 고출력 파워디바이스와 이를 이용한 전력변환기(인버터)이다.

○ 전력용 반도체에서 와이드 밴드-갭 반도체인 SiC나 GaN은 Si의 이론적 물성한계를 극복할 수 있는 소재로 주목을 받고 있다. SiC 파워 디바이스 반도체는 대전류 용량의 SiC 스위칭 디바이스가 개발되고, 인버터 등의 전력변환 장치의 응용에도 본격적으로 검토되고 있다.

○ SiC 반도체는 Si에 비하여 밴드-캡이 높고, 절연파괴 강도가 한자리 수 이상, 전자포화속도, 열전도도가 3배 크므로 SiC는 고온동작, 고내압, 대전류, 저 손실 반도체에 아주 유리한 소재이다. SiC로 대표되는 와이드 밴드-갭 반도체 파워 스위칭 디바이스를 이용한 파워 일렉트로닉스 혁신을 위해서는 벌크결정 성장기술, 디바이스 기술, 응용기술의 축적이 반드시 필요하다.

○ SiC 반도체는 전력공급 장치와 자동차, 항공기 분야 등에서 기존 Si 반도체보다 전압이 높고 전류량이 많은 이점이 있다. 미국, 일본 등 선진국은 연평균 45% 이상 성장하는 세계 시장을 선점하기 위해 국가 주도로 기술 확보에 적극 나서고 있다.

○ 우리나라 SiC 반도체 개발은 2004년부터 국가 주도로 한국전기연구원 이외에 민간 기업이 개발에 참여하고 있다. 현재는 고주파 SiC FET 전력 증폭소자, SiC단결정 성장 및 웨이퍼 제조기술 등 고부가가치 핵심 소재와 양산기술에 대하여 연구를 하였다.
○ SiC 반도체는 대전력을 사용하는 가전, 자동차, 송전 등의 다양한 산업분야에서 응용이 가능하므로 에너지 및 지구환경 문제에도 크게 공헌할 것으로 예상된다. 또한 기술개발은 국가 주도로 각 요소별 개발보다 각각의 요소를 총합하여 설계하는 통합적인 연구개발로 전환하여야 선진국보다 우위를 선점할 수 있을 것으로 판단된다.

저자: Hajime Okumura
자료유형: 학술정보