차세대 반도체의 주역

한국이 반도체 강국의 신화를 이어 나가기 위해서는 차세대 반도체에도 많은 관심을 기울여야 한다.

지금까지 반도체들은 웨이퍼 소재로 실리콘(Si)이나 갈륨비소(GaAs)가 주로 사용돼 왔다. 하지만 소재가 갖는 한계 때문에 많은 과학자가 1990년대부터 질화갈륨(GaN)에 눈을 돌리고 있다. 질화갈륨으로 반도체를 만들면 실리콘 소재에 비해 3배 이상 높은 항복전압을 갖기 때문에 고전압 전력반도체에 적합하다. 항복전압은 반도체에 흐르는 역전류가 규정값보다 커질 때의 전압을 말한다. 이와 함께 갈륨비소 소재와 비교했을 때 7배 이상 높은 전력 밀도 특성이 있어 통신 시스템 소형화 및 고효율화에 유리하며 고속 동작에서 발생하는 열에 강하다. 그래서 질화갈륨을 미래의 실리콘이라 부르기도 한다.

애플이나 대만 TSMC의 경우 자사 제품들에 질화갈륨을 속속 도입하고 있다. 세계적 전자통신 기업들이 질화갈륨 소재에 눈독을 들이는 이유는 소재의 장점 때문에 군사용 레이더 장비는 물론 민간선박 레이더, 위성통신, 5G 등 이동통신 기지국에 주로 쓰일 수 있기 때문이다. 국내에서도 한국전자통신연구원(ETRI) 연구진이 질화갈륨을 이용해 소자설계부터 공정은 물론 측정 및 패키징까지 모두 국내 기술력으로 만들어 내기도 했다. 질화갈륨을 이용한 차세대 반도체 시장을 선점하고 질화갈륨 반도체 소자 기능을 지속적으로 향상시킨다면 부품소재 분야에서 앞서갈 수 있을 것이다.

강동민 한국전자통신연구원(ETRI) 전력부품연구실장