▲ 전기연구원이 개발한 탄화규소 전력반도체 시작품..

물성이 뛰어나지만, 반도체 제조의 출발물질인 고품질의 단결정 및 박막 제조 등이 어려워 일부 해외 선진 기업들에서만 연구되어오던 탄화규소 전력반도체가 국내 연구진의 끈질긴 노력 끝에 개발돼 국내 전문기업에 이전된다.

한국전기연구원(KERI, 원장 박경엽, 이하 “전기연”)은 14일 메이플세미컨덕터㈜(대표 박용포)와‘탄화규소(SiC) 전력반도체 기술’을 11억5,500만원에 이전 계약을 체결했다고 밝혔다.

메이플세미컨덕터㈜는 향후 이 기술이 양산화 되면 연간 국내매출만 500억원 이상, 해외 매출액은 약 1,500억원까지도 가능할 것으로 기대하고 있다.

탄화규소 전력반도체 세계시장 규모는 2014년 기준 1억 4,600만달러(약 1,670억원) 규모지만 2020년에는 10억9,500만 달러(약 1조2,590억원)에 이를 것으로 전망된다. 이중 2020년에는 자동차용(HEV/EV) 세계시장 규모는 2억 7100만 달러에 이를 것으로 예상된다.

자동차용 핵심부품으로 탄화규소 전력반도체가 주목받고 있는 것은 탄화규소 반도체는 같은 두께의 실리콘에 비해 약 10배의 전압을 견딜수 있을 정도로 물성이 좋아 전력손실(열발생)이 없다.

전기차에 이를 적용하면 반도체 자체도 고효율일 뿐 아니라 열이 거의 발생하지 않아 냉각장치의 무게와 부피까지 줄일 수 있어 연비(에너지효율)를 크게 올릴 수 있다.

기술을 이전받은 메이플세미컨덕터(주)의 박용포 대표 역시 탄화규소 전력반도체를 전기자동차용 반도체의 주역으로 보고, 양산화를 준비하고 있다.

탄화규소 전력반도체는 현재 실리콘(규소) 반도체가 장악 하고 있는 연간 18조원 규모의 세계 전력 반도체 시장에 진입하는 단계에 불과하지만, 일본 등 선진 자동차업계는 이미 탄화규소 전력반도체에 주목해 1990년대부터 연구를 진행해왔다.

특히 이 분야에서 가장 앞서있는 도요타는 프리우스 3세대 모델에 탄화규소 전력반도체를 채용하여 전체 연비를 5% 향상시킨 바 있으며 5년 안에 연비(에너지효율)를 10% 이상 향상시킨 전기차를 양산하겠다는 계획이다.

우리나라의 전력반도체 연구는 1990년대부터 시작되었으나, 이미 세계 최고를 달리고 있는 메모리반도체와 달리 연구환경이 열악했던 것이 사실이다.

이에도 불구하고 국내 기술로 전력반도체 제조 원천기술을 개발할 수 있었던 데에는 전기연구원에 16년간 외길로 매진해 온 연구팀(전력반도체연구센터)이 있었기 때문이다. 전기(연)은 출연(연) 원천기술연구의 일환으로 1999년부터 전력 반도체 관련 과제를 꾸준히 수행해왔다.

특히 10여년의 연구에도 시장이 형성되지 않아 어려움이 있었음에도 탄화규소 반도체 연구를 중단하지 않고 2012년부터 연간 20억원씩 적극 지원한 전략이 결실을 맺었다.

이번 기술이전은 미래부의 출연금 사업을 통한 성과로 이루어졌으며, 미래부는 향후 출연(연)이 안정적 예산을 통해 모험적인 연구, 국가 경제를 이끌어갈 수 있는 원천 연구를 수행할 수 있도록 지속적으로 지원할 계획이다.

전기연구원 전력반도체연구센터 김남균 센터장은 “그간 연구중단 위기가 여러 차례 있었다. 출연(연)이었기에 가능했던 16년이었다” 면서, “장기 원천 연구에 대한 신념을 가지고 기회를 주신 역대 경영진에 감사하며, 전력반도체 연구의 한국 대표그룹으로서 세계 1등을 위해 노력할 것”이라고 말했다.

▲ SiC 전력반도체 적용분야.