일반적으로 반도체라 하면 정보를 기억하고 처리하는 메모리나 연산장치를 떠올리게 된다.
그런데 전기자동차 연비개선과 같은 에너지 효율 혁신에 핵심적인 역할을 하는 반도체가 있다.
바로 전기에너지를 각종 시스템이 필요로 하는 형태로 변환하고 공급하는 전력반도체이다.
블룸버그에 따르면, 전기자동차는 2017년 세계시장에서 연간 판매량 100만 대를 돌파한 이후 2025년 1000만 대를 돌파하며 내연기관을 빠르게 대체할 것으로 전망된다.
이러한 전기자동차에서 대당 100개가 넘게 사용되는 전력반도체도 새롭게 주목받고 있다.
특허청에 따르면, 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN) 기반의 차세대 전력반도체 관련 특허출원이 최근 들어 급증한 것으로 나타났다.
출원건수는 2015년 10건, 2016년 13건, 2017년 18건으로 꾸준히 증가해 오다가 2018년에는 33건으로 2017년 대비 83.3% 급증했다.
이는 전기자동차·신재생에너지 등 고전압 응용분야에서의 수요가 급증할 것으로 예상되는 차세대 전력반도체에 대한 연구개발이 활발히 이루어진 결과로 분석된다.
기존의 실리콘(Si) 기반 전력반도체는 저렴하다는 장점이 있으나, 가혹한 차량운행 환경에서도 고도의 내구성·신뢰성을 보증하기에는 구조나 설계의 개선만으로는 한계가 있었다.
그러나 최근 각광받고 있는 탄화규소, 질화갈륨 기반의 전력반도체는 실리콘에 비해 고온·고압에서도 안정적으로 작동하는 우수한 물질 특성을 가지고 있다.
이는 전력반도체의 전력효율 향상 및 소형화·경량화의 획기적인 개선을 가능하게 한다.
다만, 공정 구현이 어렵고 비용이 많이 소요되는 단점이 있어 본격적인 상용화를 위해서는 해결해야 할 기술적인 과제도 많이 있다.
출원인 관련 동향을 살펴보면, 2015년 40%이던 내국인 출원 비중이 2018년 66.6%로 급증했다.
이는 메모리 분야에 비해 미흡하다고 평가되는 비메모리 전력반도체 분야에서도 국내 기업들의 적극적인 투자가 이루어지고 있는 것으로 보인다.
또한, 2017년 이전까지 연 5건 미만이던 중소·중견기업의 출원건수가 2018년에는 13건으로 크게 늘어난 점도 눈에 띄었다.
특히 지난 5월 발표된 ‘시스템반도체 비전과 전략’은 팹리스의 창업과 성장을 지원하고 차세대 전력반도체 개발을 집중 지원하는 내용을 담고 있어 중소·중견기업을 포함한 국내기업의 출원은 향후 더욱 증가할 것으로 예상된다.
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