국산화성공

[KERI TV]새로운 미래를 만들어갈 탄화규소(SiC) 전력반도체

현대 문명의 핵심인 전기를 안정적으로 공급하기 위해 40여 년간 노력해 온 한국전기연구원은 최근 차세대 반도체 소재인 탄화규소(SiC) 연구에 매진하고 있습니다. 기존 실리콘 반도체의 한계를 극복할 대안으로 떠오른 탄화규소(SiC)는 고온과 고전압에서도 성능을 유지하는 강력한 특성을 지니고 있습니다. 이는 에너지 효율을 극대화해야 하는 전기차 등 미래 산업의 핵심 소재로 평가받으며, 우리나라의 기술 자립과 글로벌 경쟁력을 결정짓는 매우 중요한 전략적 요소로 자리를 잡고 있습니다. 탄화규소(SiC) 웨이퍼는 투명한 외형만큼이나 독특한 물리적 성질을 자랑합니다. 에너지 밴드갭이 넓어 500도 이상의 고온에서도 소자의 특성을 잃지 않으며, 전력을 제어하고 조정하는 ‘전력 반도체’의 역할을 수행합니다. 데이터를 처리하는 메모리 반도체가 사람의 뇌와 같다면, 전력 반도체는 뇌의 명령을 실제 움직임으로 바꾸는 근육과 같습니다. 콘센트의 전압을 기기에 맞는 전압으로 정류하고 변환하는 이 과정은 효율적인 에너지 소비를 위해 반드시 필요한 핵심 공정입니다. 정교한 전력 반도체를 제작하기 위해서는 웨이퍼 위에 세밀한 도로를 만드는 설계 과정이 필수적입니다. 한국전기연구원은 1999년부터 축적한 노하우를 바탕으로 전자가 좁고 깊은 채널을 통해 수직으로 빠르게 이동할 수 있는 ‘트렌치 모스펫(Trench MOSFET)’ 구조를 개발하는 데 성공했습니다. 이는 일본과 독일에 이어 세계에서 세 번째로 상용화 수준에 도달한 획기적인 기술입니다. 이러한 독자적인 설계 능력은 해외 기술 의존도를 낮추고 전력 반도체 국산화를 앞당기는 든든한 밑거름이 됩니다. 설계된 소자가 이론대로 작동하는지 확인하는 검증 과정 또한 매우 중요합니다. 최대 5,000V의 고전압과 100A의 대전류를 측정해야 하는 환경에서는 전기 방전으로 인한 사고나 장비 파손의 위험이 큽니다. 연구진은 이를 방지하기 위해 공중 방전을 막아주는 특수 장치인 ‘크레이들’을 발명하여 안전하고 정밀한 계측 시스템을 구축했습니다. 이러한 원천 기술과 장비 제작 능력은 우주항공이나 로켓과 같이 극한의 정밀도가 요구되는 첨단 분야로 우리 기술이 뻗어나갈 수 있는 가능성을 열어주고 있습니다. 기술 불모지였던 우리나라는 오랜 연구 끝에 탄화규소(SiC) 반도체 분야에서 세계적인 위상을 인정받기에 이르렀습니다. 그 결실로 30년 넘게 미국과 유럽, 일본이 주도해 온 세계 최고 권위의 탄화규소(SiC) 관련 국제 학회를 2025년 부산으로 유치하는 쾌거를 이루었습니다. 후발 주자의 한계를 극복하고 일궈낸 이 성과는 단순한 학술적 의미를 넘어, 다가올 전기화 시대의 주역으로 도약하려는 한국의 의지를 보여줍니다. 연구원들의 땀방울이 맺힌 이 기술들은 앞으로 더욱 밝고 효율적인 미래를 열어갈 것입니다.