ETRI, 2000V 한계 깨트린 전력반도체 개발

[테크월드=선연수 기자] 한국전자통신연구원(ETRI)이 산화갈륨(Ga2O3)을 이용해 2300V 수준의 고전압을 견디는 전력반도체 트랜지스터를 최초로 개발했다. 연구진은 고전압이 요구되는 전자제품, 전기자동차, 풍력발전, 기관차 등에서 전력 변환 모듈에 해당 기술을 적용해, 고전압·고전력을 버텨내는 ‘힘센 반도체’로써의 활용을 기대하고 있다.

산화갈륨은 기존 반도체 소재들보다 에너지 밴드 갭이 넓어 고온·고전압에서도 반도체 성질을 유지하며, 칩 소형화와 고효율화를 제공한다. 그러나 밴드 갭이 넓은 물질은 전기 전도도가 떨어져, 연구진은 높은 전압에서도 반도체 성질을 유지하고 동작하며 전류가 원활히 흐르도록 제작하는 것이 가장 어려웠다고 밝혔다.

이와 같은 난제를 해결하기 위해 전자가 지나가는 최적의 길인 ▲채널·전극 디자인 ▲반절연체 기판 사용 ▲공정·소자구조 설계기술 채택 등으로 2000V의 한계를 이겨내고, 기존 최고 전압 수준 대비 최소 25% 높은 2320V 산화갈륨 전력반도체 소자 기술을 개발에 성공했다.

산화갈륨 전력반도체 소자는 0.2x0.4㎜ 크기로, 향후 칩의 대형화를 위한 패키징 시 전용 패키지를 만들어 더 작게 제작할 계획이다. 현재 상용 제품 대비 30~50% 작게 만들 수 있어, 동일 웨이퍼 대비 2~3배 더 많은 칩을 생산할 수 있다.