"작지만 강하다"…ETRI, 전기차용 질화갈륨 전력반도체 개발

실리콘의 3분의 1로 소형화 가능…고전압에서도 성능 높아

질화갈륨 전력반도체 [ETRI 제공. 재판매 및 DB 금지]

(대전=연합뉴스) 박주영 기자 = 한국전자통신연구원(ETRI)은 전기자동차 등에 쓰이는 질화갈륨(GaN) 전력반도체 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

전력반도체는 전기에너지를 시스템이 필요로 하는 형태로 변환해 공급하는 반도체다.

전기자동차, 스마트폰, 가전제품, 데이터센터 등의 전력 효율을 높이는 역할을 하는 핵심 부품이다.

기존 실리콘이나 탄화규소 기반 전력반도체는 동작 전력이 작아 전기차에 활용하기 어려웠다.

질화갈륨은 열에 강하고 전력 밀도가 높아 실리콘의 3분의 1 수준으로 소형화가 가능하다.

질화갈륨 전력반도체를 시연하는 ETRI 연구원 [ETRI 제공. 재판매 및 DB 금지]

에너지 차이(밴드갭)는 실리콘보다 3배 이상 높아 고전압에도 견딜 수 있다.

연구팀은 특히 기존 수평형에 비해 높은 항복 전압(반도체 소재가 견딜 수 있는 최대 전압)을 갖는 수직형 질화갈륨 전력반도체를 개발했다.

질화갈륨 단결정 기판 위에 같은 종류의 질화갈륨 에피층(기판 위에 단일 결정의 반도체 박막을 형성한 층)을 수직으로 쌓아 올려 전압을 높이면서도 저항을 억제하는 데 성공했다.

기존 수평형 구조는 서로 다른 반도체 기판으로 인해 결함이 발생해 전력 손실이 일어날 수밖에 없었다.

특히 지금까지는 전력반도체 제작을 위해 질화갈륨 에피층을 일본 등 해외에서 90% 이상 수입해야 했다.

이번 기술 개발로 원천기술을 확보하고 소재의 해외 의존도를 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

특히 고전압·소형화가 핵심인 전기차 배터리 개발에 기여할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

ETRI는 이번 기술을 기업에 이전했으며, 2∼3년 안에 전기차 등에 탑재해 시연할 계획이다.

jyoung@yna.co.kr

<저작권자(c) 연합뉴스, 무단 전재-재배포 금지>