日 도요타고세이, 전력반도체용 `GaN` 개발 성공

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도요타고세이가 전력반도체용 ‘질화갈륨 (GaN) 재료’를 개발했다고 12일 닛케이산업이 보도했다.

이 재료는 전력 손실이 적다. 현재 주류로 사용하는 실리콘 대비 약 1/10 크기로 만들 수 있다.

전력반도체는 전자제품과 자동차용으로 시장 확대가 기대되는 차세대 제품이다. 현재 일본 반도체와 전기·전자업계가 협력, 오는 2018~2020년 상용화를 목표로 연구·개발이 한창이다.

도요타고세이는 GaN 재료를 이용, 청색발광다이오드(LED)를 생산한다. LED 기술을 활용, 전력반도체 시장에 진출한다는 게 이 회사 전략이다.

지금껏 전력반도체 생산은 주로 탄화규소(SiC)를 주재료로 사용해 왔다.

하지만 GaN은 고속 스위칭 능력이 탁월, 제조 비용을 절감시킬 수 있다. 이를 통한 대량 보급 확대가 가능하다.

전력반도체
<전력반도체>

반면, GaN은 SiC 대비 결정 육성이 어려워 고난도 기술이 요구되는 단점이 있다.

도요타고세이는 최근 GaN 결정 두께와 마그네슘 첨가양을 조정, 1㎠당 전기 저항값을 1.8㎜Ω까지 낮춘 재료를 개발하는 데 성공했다.

이 회사는 앞으로 1㎜Ω까지 저항값을 떨어뜨린다는 목표다. 성공시 1200볼트 고전압을 사용하는 자동차에도 적용 가능하다.

도요타고세이는 도요타자동차 계열사다. 필립스·오스람 등과 함께 세계 5대 LED 기업중 하나다. 지난해 청색 LED 개발로 노벨물리학상을 받은 자국 과학자 3명을 30년간 물밑 지원, 유명세를 탄 바 있다. 현재 도요타고세이는 청색 LED용 GaN 결정을 양산중이다.

GaN로 만든 전력반도체 기판에 사파이어나 실리콘 사용시, SiC 대비 제조원가가 높아진다.

이같은 문제를 해결하기 위해 도요타고세이는 GaN 기판 개발장비를 아이치현 소재 ‘미와기술 센터’에 별도 설치, 비용 절감을 통한 양산화를 꾀하고 있다.

도요타고세이 LED사업은 ‘태블릿 백라이트용’을 주력으로 한다.

작년 4분기 매출액은 전분기 대비 22% 감소한 403억엔, 영업이익은 3% 증가한 13억엔을 각각 기록했다.

▲용어설명: 전력반도체

하이브리드 자동차나 철도, PC, 서버 등에 사용되는 인버터 또는 컨버터용 반도체를 일컫는다.

전기저항이 적은 SiC(탄화규소)과 GaN(질화갈륨)을 소재로 사용하면 전력 손실을 감소시켜, 적용 기기 소형화와 고효율화를 꾀할 수 있다.

SiC계 재료 적용은 지난 1980년대부터 연구돼왔다. 미쓰비시와 도시바, 도요타, 덴소 등이 개발을 진행중이다.

1990년대 들어서는 GaN계 재료 연구가 본격화됐다. SiC 대비 내압이 높고 전력 손실도 절반 정도로 적다. 파나소닉과 미쓰비시화학이 주개발사다.

류경동기자 ninano@etnews.com