한국전기연구원, ‘전력반도체용 SiC 소재’ 결함 분석 기술 개발

(경남=뉴스1) 김대광 기자 = 한국전기연구원(이하 KERI) 전력반도체연구센터 방욱·나문경 박사팀이 전력반도체 소자의 시작점인 탄화규소(SiC) 소재의 결함을 조기에 분석하고 결함을 검출하는 기술을 국내최초로 개발했다고 8일 밝혔다.

전력반도체는 전기차 및 신재생에너지 등 친환경 산업의 근간을 이루는 첨단 소재이자, 5G 이동통신망 등 디지털 기반의 4차 산업을 이끄는 핵심 기술로 손꼽힌다. 특히 전기차에서 배터리와 전기모터를 연결하는 고성능 인버터에 필수적인 부품으로 활용되며 최근 많은 주목을 받고 있다.

전력반도체의 핵심인 제어 효율을 유지하는 소재는 기존 실리콘(Si)에서 탄화규소(SiC)로 대체되는 추세다. 우수한 열적·전기적 특성을 지닌 SiC는 뛰어난 내구성과 범용성, 동작 온도 및 속도, 높은 효율성 등을 자랑하며 기존 실리콘 전력반도체 시장을 빠르게 대체하고 있다.

현재 SiC 소재 검사 장비는 일본이 세계시장 80% 이상을 점유할 정도로 기술 난이도와 진입장벽이 높다. 장비 비용도 고가이다 보니 국내에서는 일부 웨이퍼 표본으로 성능을 검사하는 수준에 그치고 있다.

본래 SiC는 PL 방출 효율이 낮은 간접형 반도체(Indirect bandgap semiconductor) 물질로, 장비로 신호 검출이 어려웠지만, KERI는 광학 검사장비 전문 업체인 ㈜에타맥스(대표 정현돈)와의 협업을 통해 PL 손실을 줄이는 등 각고의 노력으로 ‘전력반도체용 SiC 소재 결함 분석 장비’를 개발할 수 있었다.

검사 대상 및 평가 항목에 따라 2개의 다른 파장 빛을 선택해서 표면과 내부 결함을 검출하는 일본 제품과 달리, KERI 개발 장비는 단 하나의 레이저 파장만으로도 SiC 소재의 파괴 없이 내부의 다양한 결함을 검사할 수 있다.

검사 정밀도(결함 검출 능력) 등 장비 성능은 일본 장비보다 동등 이상의 수준을 보였다. KERI 연구팀은 업체와의 기술이전 및 상용화 라인 구축을 통해 검사 장비 가격도 일본 제품(약 14억) 대비 절반 수준으로 공급할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

KERI 나문경 박사는 “그동안 고난도의 SiC 전력반도체 분야 시장 선점을 위한 소재 원천연구와 이를 활용한 소자 개발에 중심을 뒀다면, 이제는 개발된 제품의 신뢰성과 품질을 확보할 수 있는 다양한 평가 방법을 개발해 SiC 전력반도체의 ‘설계-공정-평가’까지 이어지는 통합 제작라인을 구축한 것”이라며 “지속적인 연구를 통해 평가 대상(다이아몬드 등 광대역 반도체)의 확대 및 분석기법의 다양화·정밀화가 이루어질 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.

vj3770@news1.kr