차세대 반도체 ‘전력반도체’… “신뢰성 확보가 가장 중요”

[녹색경제신문 = 이선행 기자] 차세대 반도체로 주목 받는 전력반도체는 높은 신뢰성 확보가 관건이다. 

10일 이종환 상명대학교 시스템반도체공학과 교수(이하 이 교수)는 “높은 온도와 전압, 주파에 강한 전력반도체는 무엇보다 신뢰성을 확보하는 것이 가장 중요하다”라며 “평가 절차 또한 매우 까다롭다”고 말했다.

이어 “실리콘카바이드(SiC), 갈륨나이트라이드(GaN) 등 실리콘(Si)을 대체할 다양한 소자에 대해 연구를 하는 것 역시 각각 활용되는 분야 및 환경에 따라 신뢰성 향상하기 위함”이라고 말했다.

전력반도체는 시스템 반도체 중 하나다. 전력을 알맞은 전압·전류로 변환해 안정적으로 공급하고, 분배·제어하는 등의 과정을 처리하는 핵심 부품이다.  

인공지능(AI), 전기차 및 자율주행차, 신재생 에너지 등에 대한 관심이 커짐에 따라 매우 전도유망한 분야로 평가된다. 전기차 인버터, 급속충전기, 전장 부품 수요 등 자동차 분야 수요가 중심이 되어 시장을 견인한다. 

2023년 일본 야노경제연구소는 2030년 전 세계 전력반도체 시장이 약 49조 원 규모로 성장할 것이라고 전망한 바 있다. 

2023년 큐와이리서치 코리아가 발간한 ‘SiC 전력반도체 소자(Power Device) 시장 분석: 글로벌 및 한국 시장 전망, 경쟁 구도’ 보고서(이하 2023년 큐와이리서치 코리아의 보고서)에서는 2029년 전 세계 SiC 전력 반도체 시장 규모가 150억 달러(약 20조 6천억 원)를 돌파할 것으로 예상됐다. 

이 교수는 “커질 수밖에 없는 시장이다. 전 세계적으로 관심이 매우 높은 연구 분야”라면서도 “메모리 반도체 강국인 우리 나라는 뒤쳐져 있다”고 말했다.   

현재 전력반도체 기술은 대부분 독일, 미국, 일본이 월등하게 앞서나가고 있다. 2023년 큐와이리서치 코리아의 보고서는 글로벌 SiC 시장을 선도하는 선두 그룹 기업으로 독일의 인피니언, 미국의 온세미와 울프스피드, 일본의 롬, 스위스의 ST 마이크로 일렉트로닉스를 꼽았다.

또 “이미 해외 기업들이 시장을 선점하고 진입장벽을 높이고 있는 양상이다. 1티어 그룹에 속한 5개 기업의 2022년 합산 시장 점유율은 78%에 달한다”며 “한국 기업들도 SiC 전력소자 양산을 시작했으나 후발주자로 3순위 그룹에 머물고 있다”고 언급했다. 

한편 정부는 부산 반도체 소부장 특화단지에 8인치 전력반도체 전용 팹(Fab·반도체 제조 공장)을 건설하겠다는 계획을 최근 발표했다. 오는 2025년 하반기부터 가동될 예정이다.

지난 ‘2021년 차세대 전력 반도체 기술개발 및 생산역량 확충 방안’ 계획을 발표한 데 따른 것이다. 당시 정부는 전력반도체 기술 육성 계획을 알리며 2025년까지 전력반도체 상용화 제품을 5개 이상 개발하고, 6∼8인치 파운드리 인프라를 국내에 구축하겠다는 뜻을 밝혔다.