사업소개
통신 & 전기·가전 디바이스 제품에서 전력 증폭과
변환·송전 제어(주파수, 전압, 전류),
변조(직류, 교류) 기능을 담당하는 핵심 부품입니다.
전력반도체 분류
전력반도체 주요 변조 기능
전력효율 증가
에너지 소비 감소
비용 감소
고주파·고전압·대전류·고전력·고효율
및 고온 내구성이 우수한 질화갈륨(GaN)과
탄화규소(SiC) 화합물 전력반도체
Si | 4H-SiC | GaN | AIN | Ga₂O₃ | |
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에너지 밴드갭 (ev) | 1.12 | 3.2 | 3.4 | 6.2 | 4.5 |
절연파괴 전기장 (MV/cm) | 0.3 | 2.8 | 3.3 | 12 | 8 |
전자 이동도(cm³/V·s) | 1350 | 720 | 1100 | 500 | 300 |
전자 포화 속도 (㎝/s, x10⁷) | 1 | 2 | 2.5 | 1.4 | 2.4 |
유전 상수 | 11.7 | 9.66 | 8.9 | 9 | 10 |
열 전도율(W/cm·K) | 1.5 | 4.5 | 2~3 | 3.4 | 0.11 |
주요 물성 분석 비교
전력반도체 전력손실 비교
기지국, 중계기, 통신 단말기, 국방레이다의
저전압·저출력
고주파(RF) 신호를 고출력 RF 신호로 증폭
전력증폭기(PA), 저잡음 증폭기(LNA), 스위치(switch)
데이터양 급증, 통신기기 사이(間) 연결 급증
→ 고주파, 고출력 필요
기지국 : 더 많은 기지국 → 부품 소형화 필요
단말기 : 부품 소형화 및 배터리 사용 시간 증대
→ 고효율 필요
반도체 소재별 주파수 및 출력
Si vs GaN
전기·가전 제품에서 에너지 변환 용도
고/중 전압·고출력 소자에서 고효율화 니즈 강화
제조 원가 혁신으로 게임 체인져 역할
Power Supply | LED Driver | Electiric Vhicle | |||
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AC-DC Inverter | DC-DC converter | Charge Module | |||
Cost | 10%▼ | 30%▼ | 30%▼ | 30%▼ | |
Size | 50%▼ | 30%▼ | 30%▼ | 50%▼ | |
Weight | 30%▼ | 35%▼ | 50%▼ | 30%▼ | |
Application |
원가경쟁력을 갖춘 고품질 GaN 전력반도체
무선통신 기술
무기화 증가
전력 고효율화
니즈 증가
제품 편의
기능 확대
친환경
생존 트렌드
4차 산업혁명
가속화
전력반도체 성장 요인
전력반도체는 일반적으로 사용하는 반도체 소재인 실리콘(Si)을 통해 만들어지고 있어…
현재 전 세계 반도체 소재의 95%를 실리콘이 차지.
하지만, 전기차 보급 등을 이유로 전력반도체에 요구되는 성능 기준은 더 높아짐. 전력반도체에 요구되는 연산 수준이 급격히 높아지면서, 기존의 실리콘 소재로는 이를 수행하기 어려운 상태에 도달했다. 전력반도체가 전력을 변환하는 과정에서 발열이 생기는데, 실리콘의 경우 150도씨를 넘어갈 경우 반도체의 특성을 잃게 됨 > 화재 및 고장의 원인
이때 새로운 소재로 등장한 것이 SiC와 GaN. 최대 전압을 뜻하는 '절연파괴전계'가 실리콘 대비 10배 이상 높고, 최대 동작 온도 역시 실리콘이 150도인데 비해 SiC는 400도, GaN은 800도로 더 오래 버틸 수 있음.
이와 같은 신소재를 활용한 '차세대 전력반도체' 개발 및 공정 기술 확보 전쟁이 벌어지고 있음. 특이한 점은 실리콘 반도체는 TSMC와 삼성전자가 독과점을 형성, 차세대 전력반도체의 경우 전 세계에 이를 생산할 수 있는 기업과 시설이 고루 퍼져있다는 점.
물론 TSMC와 삼성전자 파운드리 역시 신소재 공정 기술 확보에 돌입했지만, 아직 기존 시장만큼의 점유율을 확보하지는 못한 상태. 전 세계 기업들은 물론 국가까지 나서 이 차세대 전력반도체 기술 확보에 총력을 기울이는 이유가 여기 있음
전력 반도체 시장이 폭발적 성장을 예고. 전력 반도체는 모바일 기기는 물론 전기차와 신재생 에너지 설비에 핵심 부품. 전기차의 전력 변환·충전 장치, 태양광·풍력 발전 설비에 들어가는 전력 변환 모듈 등을 중심으로 수요는 급증할 전망.
현재 전력 반도체 시장은 미국과 유럽·일본 업체들이 주도. 삼성, SK 등 한국 기업들도 미래 성장동력을 확보하기 위해 생산 투자를 본격화.
세계 주요국은 2000년대 초반부터 GaN 반도체를 전략 핵심 기술로 선정하고 집중적인 투자에 나서, 이렇게 개발한 기술은 국가 차원에서 엄격한 관리에 들어갔다. 독일 인피니언이 2017년 미국 GaN 반도체 기업 울프스피드 인수를 추진했지만, 미국 정부가 '잠재적 안보 위협'을 이유로 승인을 거부했던 사례가 대표적
중국, 일본, 미국, 독일 등 주요국이 각각 10여 건 특허 등록. 한국의 특허 등록은 삼성전자와 숭실대, 한국광기술원이 각각 1건씩 모두 3건… 기록, 공개 특허는 삼성전자와 아모센스, 세미파워렉스, 엔트리움, 한국나노기술원이 각 1건씩, 웨이브로드가 2건을 올렸다.
전력용 GaN 반도체 시장이 오는 2027년까지 연평균 59%의 폭발적 성장세를 보일 것으로 예측, GaN 소자는 고효율이라는 특성과 함께 전력밀도가 높아 5G와 LTE 등 이동통신 기지국 전력증폭기에 광범위하게 사용되고 있다. 특히 6G 시대에 핵심적인 역할을 담당할 것으로 예상된다. 성큼 다가온 전기차 시대에 GaN과 SiC 등 차세대 반도체는 무한한 시장 가능성을 가지고 있다.