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전력반도체 검사장비 '脫일본'…전기연, 기술 국산화 성공

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  • 한고은 기자
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  • 2021.03.08 15:44
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한국전기연구원 방욱(왼쪽)·나문경(오른쪽) 박사가 '전력반도체용 SiC 소재'의 결함을 분석 및 평가하고 있다. /사진=한국전기연구원
한국전기연구원 방욱(왼쪽)·나문경(오른쪽) 박사가 '전력반도체용 SiC 소재'의 결함을 분석 및 평가하고 있다. /사진=한국전기연구원
국내 연구진이 고가의 전력반도체 검사장비 국산화에 성공했다. 세계시장의 80%를 장악하고 있는 일본 제품에 비해 가격을 절반 수준까지 낮출 수 있어, 일본의 장기 독점 구조를 깰 수 있을 것으로 기대된다.

한국전기연구원은 8일 전력반도체연구센터 방욱·나문경 박사팀이 전력반도체 소자의 시작점인 탄화규소(SiC, Silicon Caribide) 소재의 결함을 조기에 분석하고 평가할 수 있는 획기적인 기술을 개발했다고 밝혔다.

전력반도체는 보통 사람의 근육에 비유되는 부품으로 전력이 필요한 곳에서 필수적으로 활용된다. 전류 방향을 조절하고 전력 변환을 제어하는 역할을 한다. 최근에는 전기차 배터리와 전기모터를 연결하는 고성능 인버터를 만드는 데 필수적인 부품으로 주목받고 있다.

전력반도체의 핵심인 제어 효율을 유지하는 소재는 최근 실리콘(Si)에서 탄화규소(SiC)로 바뀌는 추세인데, SiC 소재는 재료 특성상 눈에 보이지 않는 내부의 결정 결함을 얼마나 잘 걸러내느냐가 관건이다. 하지만 검사장비 개발 기술의 난이도가 높아 현재 일본이 세계 시장의 80% 이상을 점유한다.

이런 상황에서 연구팀은 광여기발광(PL) 현상을 이용해 SiC 소재의 검출하는 기술을 국내 최초로 개발했다. PL 분석법은 전자들이 제자리로 돌아가는 단계에서 내는 특정한 파장의 빛을 분석하는 기법이다.

새로운 검사기법을 적용한 장비의 검사 정밀도는 일본 장비보다 동등하거나 그 이상의 수준을 나타냈다. 연구팀은 광학 검사장비 전문업체인 에타맥스와 기술이전, 상용화 라인 구축을 통해 검사 장비 가격을 일본 제품(약 14억원)의 절반까지 낮출 수 있을 것으로 예상했다.

나문경 박사는 "그동안에는 SiC 전력반도체 분야 시장 선점을 위한 소재 원천연구와 이를 활용한 소자 개발에 중심을 뒀다면, 이제는 개발된 제품의 신뢰성과 품질을 확보할 수 있는 평가 방법을 개발해 SiC 전력반도체의 '설계-공정-평가'까지 이어지는 통합 제작라인을 구축할 수 있게 됐다"고 설명했다.

연구팀은 개발 기술과 관련한 원천특허 출원을 완료했으며, 에타맥스와 협력을 통해 조기 상용화를 추진할 계획이다.
전력반도체용 SiC 소재 결함 분석 장비’ 내부 사진. /사진=한국전기연구원
전력반도체용 SiC 소재 결함 분석 장비’ 내부 사진. /사진=한국전기연구원



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