전기자동차, 국산 SiC 전력반도체 기술로 10% 더 달린다
전기자동차, 국산 SiC 전력반도체 기술로 10% 더 달린다
  • 임은서 기자
  • 승인 2018.07.19 17:29
  • 댓글 0
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한국전기연구원-파워테크닉스, 19일 포항서 상용화 라인 구축 기념식 개최
파워테크닉스, 2020년까지 월 1,500매 이상 연매출 600억 원 목표
탄화규소 고품질 게이트 산화막 형성 공정을 거친 전력반도체
탄화규소 고품질 게이트 산화막 형성 공정을 거친 전력반도체

[한국에너지신문] 전기연구원(원장 최규하)이 개발한 탄화규소 전력반도체 기술을 파워테크닉스(대표 김도하)가 상용화 라인을 구축하면서 본격 양산하게 됐다. 이 기술을 전기차에 적용하면 효율을 최대 10%까지 끌어올릴 수 있다.

한국전기연구원(원장 최규하)과 파워테크닉스(대표 김도하)는 지난 19일 경북 포항에서 국내 최초로 탄화규소(SiC) 전력반도체 상용화 라인 구축 기념식을 열었다. 김남균 전기연구원 초고압직류연구본부 본부장, 방욱 센터장 등 연구진과 김도하 파워테크닉스 대표, 정은식 부사장 등이 함께했다.

전력반도체는 전력을 변환·처리·제어하는 반도체다. 전기자동차의 배터리와 전기모터를 연결하는 고성능 인버터에 필수적인 부품이다. 전력반도체의 대부분을 차지하는 실리콘(Si) 전력반도체는 동작 온도나 속도, 효율 등에서 한계가 있다.

이에 따라 재료 특성이 우수한 탄화규소 전력반도체가 관련 제품의 성능을 끌어올리는 차세대 소재로 각광을 받고 있다. 전기자동차와 자율주행차뿐만 아니라 인공지능(AI), 로봇, 사물인터넷(IoT), 스마트팩토리, 스마트 물류 등의 분야에도 적용될 것으로 보인다.

지금까지 탄화규소 전력반도체는 미국, 일본, 독일 등지의 몇몇 해외 업체가 생산과 공급을 독점해 우리나라는 전량 수입에 의존했다. 파워테크닉스가 상용화에 성공하면서 국산화와 더불어 수출까지 바라보게 됐다.

탄화규소 전력반도체는 기존 실리콘 전력반도체보다 물성이 뛰어나 전력을 덜 사용하고, 열도 거의 발생하지 않는다. 배터리의 전력 소모를 덜고 차체의 무게와 부피를 줄여 최대 10%의 에너지효율 개선을 기대할 수 있다.

전기연구원은 1999년부터 관련 기술 개발을 시작해 탄화규소 전력반도체 제조의 핵심기술인 고온 이온주입 기술은 2013년, 칩 면적과 전력 소모를 크게 줄인 다이오드 기술은 2015년, 프리미엄 제품인 1200V급 트랜지스터 기술은 2018년에 개발했다. 2016년에는 국가연구개발 R&D 100선-최우수 성과(정보 전자 분야)에 선정되기도 했다.

올해 완성된 ‘1200V급 트랜지스터(MOSFET) 기술’은 국내 전력반도체 양산 기술력을 진일보시켰다. 연구팀은 웨이퍼 처리속도와 단위 소자 성능을 기존 기술보다 효과적으로 개선하는 한편, 이를 반영한 탄화규소 전력소자를 설계해 해당 기술을 개발했다.

고활성화 이온주입 및 열처리 공정과 고품질 게이트 산화막 형성 시 질화 후 열처리 조건 개선 등을 이뤄냈다. 탄화규소 전력반도체 원천기술은 파워테크닉스에 이전됐으며, 장비구매부터 양산화 라인 구축까지의 전 프로세스를 지원했다.

파워테크닉스는 이 공장을 짓기 위해 120억원을 투자했다. 생산 목표는 올해 월 300매, 내년에는 월 550매가량이다. 회사 관계자는 “설비 증설이 이뤄지면 2020년에는 월 1500매가량을 양산해 매출 목표인 600억원을 달성할 수 있을 것”이라고 말했다.

방욱 전력반도체연구센터장은 “전기차 등 새로운 전력수요가 대두되는 상황에서 탄화규소 전력반도체 분야는 전 세계적으로 폭발적인 시장 창출이 가능할 것”이라고 밝혔다.

김도하 파워테크닉스 대표는 “상용화 라인 구축에 절대적인 역할을 한 연구원에 진심으로 감사드린다”며 “독자 생산체제를 구축해 선진국과 경쟁할 상용품을 출시하겠다”고 밝혔다.

한편, 탄화규소 전력반도체 세계 시장은 2015년 기준 2억 1000만 달러(2500억원) 규모다. 2020년에는 10억 9500만 달러로 5배가량 성장할 것으로 보이며 자동차용 시장 규모는 24.7%가량인 2억7100만 달러로 추산된다.


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