전기차의 에너지 효율을 획기적으로 올릴 수 있는 핵심부품기술이 국내 연구진의 끈질긴 노력 끝에 개발돼 국내 전문기업에 이전된다. 한국전기연구원(KERI, 원장 박경엽)은 14일 메이플세미컨덕터㈜(대표 박용포)와‘탄화규소(SiC) 전력반도체 기술’ 이전 계약을 체결했다고 밝혔다.
기술료는 착수기술료 11억 5500만원에 향후 추가로 매출액 대비 런닝 로열티를 받는 조건으로 전력반도체분야에서는 최대 규모이며, 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 기준으로 1억 4600만 달러(약 1670억원) 규모이지만 고속 성장으로 2020년에는 10억 9500만 달러(약 1조 2590억원)에 이를 것으로 전망된다.
특히 응용분야 중에서도 자동차용(HEV/EV) 성장 속도가 가장 빨라 2020년에는 자동차용 세계시장 규모는 2억 7100만 달러에 이를 것으로 예상된다.
※ INI R&C, SiC-GaN 전력반도체 개발동향 및 시장전망, 2015년참조
특히 자동차용 핵심부품으로 탄화규소 전력반도체가 주목받고 있는 것은 탄화규소의 경우 물성이 좋아, 기존 실리콘 반도체에 비하여 전력을 덜 사용하고, 열도 거의 발생하지 않기 때문이다.
전기차에 이를 적용하면 반도체 자체도 고효율일 뿐 아니라 열이 거의 발생하지 않아 냉각장치의 무게와 부피까지 줄일 수 있어 연비(에너지효율)를 크게 올릴 수 있으며, 기술을 이전받은 메이플세미컨덕터(주)의 박용포 대표 역시 탄화규소 전력반도체를 전기자동차용 반도체의 주역으로 보고, 양산화를 준비하고 있다.
이밖에 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.
※ 2015년 10월 이태리 시칠리에서 개최된 국제 탄화규소학회(ICSCRM) 기조강연
우리나라의 전력반도체 연구는 1990년대부터 시작되었으나, 이미 세계 최고를 달리고 있는 메모리반도체와 달리 연구환경이 열악했던 것이 사실이며, 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 수행해왔으며, 특히 10여년의 연구에도 시장이 형성되지 않아 어려움이 있었음에도 탄화규소 반도체 연구를 중단하지 않고 ‘12년부터 연간 20억원씩 적극 지원한 전략이 결실을 맺었다.
이번 기술 이전에는 미국, 프랑스 등에서만 가능하던 전력반도체 제조의 핵심기술인 고온 이온주입 기술(’13), 칩면적과 전력소모를 크게 줄인 다이오드* 기술(’15), 고전압 트랜지스터(MOSFET) 기술(’15) 등 그간 전기(연)이 축적해온 전력반도체 관련 기술이 집약되어 있다.
* 1700V 20A 다이오드의 경우 미국 크리(Cree)사의 상용소자와 비교할 때 칩 면적은 절반, 전력소모는 5분의1에 불과
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 지속적인 기회를 주신 것에 감사하며, 전력반도체 연구 분야의 세계 1등을 위해 노력할 것”이라고 말했다.
