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전력반도체, 첨단 전자기기의 핵심 부품

전력반도체는 현대의 첨단 전자기기에서 핵심적인 역할을 수행하는 부품이다. 이 반도체는 전류 방향을 조절하고 전력 변환을 제어하는 등 인간의 근육과 같은 역할을 한다. 특히 탄화규소(SiC) 소재는 높은 내구성과 전력 효율로 인해 많은 관심을 받고 있다. SiC 전력반도체를 전기차에 적용하면 배터리 전력 소모가 줄어들고 차체의 무게와 부피도 감소하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

하지만 전력반도체의 단점은 제조 공정이 까다롭다는 것이다. 보통 웨이퍼에 에피층(단일 결정 반도체 박막층)을 형성한 후 여기에 전류를 흘려보내 소자를 형성하는 방법을 사용한다. 하지만 이러한 과정에서 에피층 표면이 거칠어지고 전자의 이동 속도가 느려지는 문제가 자주 발생한다. 또한 에피 웨이퍼 자체의 가격도 비싸기 때문에 양산에 어려움을 겪고 있다.

이에 과학기술정보통신부 산하 한국전기연구원(원장 김남균)은 에피층이 없는 반절연 SiC 웨이퍼에 이온을 주입하는 기술을 개발하여 최근 헝가리의 반도체 측정 장비 기업인 세미랩에 기술을 이전하였다고 밝혔다.

강도가 높은 SiC 소재에 이온을 주입하기 위해서는 높은 에너지가 필요하다. 주입 후에는 고온에서의 열처리가 필요하다. 한국전기연구원은 이 기술을 10년 동안 개발해 왔으며, 전력반도체에 관련된 120건 이상의 지식재산권(IP)을 보유하고 있다.

김형우 전기연 차세대반도체연구센터장은 "이온 주입 기술을 활용하면 반도체 소자의 전류 흐름이 원활해지고 고가의 에피 웨이퍼를 대체하여 공정 비용을 크게 줄일 수 있다"며 "이 기술을 통해 SiC 전력반도체의 가격 경쟁력을 향상시키고 양산에 기여할 수 있는 기술"이라고 설명하였다.

세미랩은 이 기술을 활용하여 SiC 전력반도체의 이온 주입 공정을 평가할 수 있는 장비를 개발할 예정이다. 세미랩코리아 대표인 박수용은 "이 장비가 계획대로 개발되면 SiC 전력반도체 제조 공정의 평가가 가능해질 것"이라며, 기대감을 표현하였다.

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