국내 반도체, 디스플레이, 자동차, LED 산업은 세계적 수준에 올랐다. D램은 삼성전자 홀로 세계 시장의 45%를 점유하고 있으며 글로벌 1, 2위 디스플레이 회사 모두 우리나라 기업이다.
현대자동차는 후발주자로 시장에 진입했음에도 세계 5위로 도약했고, LED도 발 빠른 추격에 힘입어 세계 2위 생산대국이 됐다. 하지만 중요한 것은 앞으로에 대한 준비다. 차별화된 제품과 품질을 얼마나 지속적으로 창출할 수 있는지에 따라 위상은 언제든 달라질 수 있다.
초고순도 실리콘카바이드(SiC)는 국가 성장동력인 반도체·디스플레이·자동차 산업의 미래를 좌우할 기반 소재다. 앞선 전력 효율로 차세대 성장동력으로 떠오르고 있는 녹색 에너지 분야에서 각광받을 것으로 예상된다.
현재 실리콘(Si) 반도체는 4~5% 에너지 손실(에너지변환효율 95%)이 발생할 수밖에 없다. 높은 전력이 가해질수록 에너지 손실로 발생한 열에 의해 온도가 증가하고 한계 온도(200도)를 초과하면 아예 못 쓰게 된다. 이를 방지하기 위해서는 별도의 냉각 장치를 만들어야 하는데 주 제어장치보다 냉각장치에 비용이 더 들어간다. 배보다 배꼽이 큰 결과를 초래하는 셈이다.
초고순도 SiC는 반도체의 단점을 획기적으로 해소할 수 있다. 실리콘보다 열 전도도가 세 배 높고 절연파괴 강도는 10배나 커 고온과 고전압에서도 작동하는 에너지 효율적인 반도체를 만들 수 있다. 500도 높은 환경온도에서도 정상적으로 작동하는 부품을 개발할 수 있다.
이는 단순히 반도체 성능 개선을 넘어 다양한 전방산업 경쟁력으로 이어질 수 있다. 일례로 미래 자동차 시장을 이끌 전기자동차는 1200V 이상의 높은 전압에서 작동한다. 차량 내 전력을 관리하거나 제어하는 반도체가 고온·고압을 견디지 못하면 안전 문제가 발생하게 되고 결과적으로 자동차의 품질 경쟁력을 저하시킨다. 초고순도 SiC소재 사업단이 출범한 이유다.
사업단은 전기자동차·태양광용 에너지 소자 외에도 고온·고전압이 가해지는 LED 웨이퍼, 반도체 공정용 고순도 부품 등 첨단 고부가가치 시장 선점을 위해 22개 기관이 뭉쳤다.
LG이노텍이 주관기관으로 △초고순도 SiC 분말 기술 △차세대 반도체·LED 핵심 공정용 초고순도 SiC 제조 △고품위 SiC 단결정 웨이퍼 제조 △에너지반도체 소자용 SiC 에피 소재 개발을 진행 중이다.
일본 B사는 순도 99.9999%의 6N급 파우더를 개발하는 데 11년이 걸렸고, SiC 웨이퍼 분야 최고 기술력을 보유한 미국 C사도 웨이퍼 직경을 1인치 키우는 데 2년이 소요됐다. 사업단은 사업 추진 1년여 만에 선진 기술 대비 90% 수준의 개발 성과를 이뤄냈다. 조만간 세계적 수준을 뛰어넘을 것으로 자신하고 있다.
정종만 사업단 사무국장은 “미국은 오래전부터 개발하고 상업용 제품도 출시했지만 엄청난 잠재적 가치 때문에 해외 기술 이전은 물론이고 제품 판매도 제한하고 있다”며 “초고순도 SiC는 미래의 핵심 고부가가치 소재”라고 말했다.
윤건일기자 benyun@etnews.com
