한국전자통신연구원(ETRI)은 전기자동차 등에 쓰이는 질화갈륨(GaN) 전력반도체 기술을 개발했다고 밝혔다.

전력반도체는 전기에너지를 시스템이 필요로 하는 형태로 변환해 공급하는 반도체다.

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

▲ 질화갈륨 전력반도체.

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

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

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

7일 연구팀은 특히 기존 수평형에 비해 높은 항복 전압(반도체 소재가 견딜 수 있는 최대 전압)을 갖는 수직형 질화갈륨 전력반도체를 개발했다고 설명했다.

▲ 질화갈륨 전력반도체를 시연하는 ETRI 연구원.

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.

윤승훈 기자  press@jeonpa.co.kr

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