국내 반도체 소재 스타트업, 전력반도체 회사와 GaN 테스트

국내 반도체 소재 스타트업이 전력반도체 ODM업체와 질화갈륨(GaN) 웨이퍼 테스트를 진행중인 것으로 알려졌다. GaN 은 질소와 갈륨을 합친 화합물인데, 전력 손실이 적으며 고온 안정성이 우수해 차세대 전력반도체의 핵심 소재로 꼽히고 있다.

현재 전력반도체 시장은 미국과 유럽 지역이 주도하고 있다. 하지만 전기차, 서버⋅데이터센터 등 기술 발전으로 차세대 전력반도체 수요는 국내에서도 증가할 것으로 예상된다. 

27일 관련 업계에 따르면, 전력반도체 소재를 주로 공급하는 I사는 주요 전력반도체 ODM 고객사와 GaN 웨이퍼를 실제 부품에 적용할 수 있는지 확인하기 위해 기관으로부터 검증을 받고 구조 배치 등을 진행하고 있다. 실제 부품 양산까지 걸리는 시간을 당장 언급하기에는 어렵지만, 그럼에도 업계에서는 기대를 걸고 있다는 것이 관계자의 설명이다.

전력반도체란 전력과 관련된 영역을 제어하는 반도체를 말한다. 전류의 흐름부터 전압, 주파수 등을 전력반도체가 관리하는 것이다. 대한무역투자진흥공사(KOTRA)에서 발간한 보고서에 따르면, 전력반도체의 에너지 손실을 5%만 줄여도 미국 전력 수요의 3분의1에 가까운 에너지를 절약할 수 있다. 전력 제어 과정에서 발생하는 에너지 손실을 줄이면 전력 효율성을 높이고 에너지를 절약할 수 있다.

서버⋅데이터센터 등 24시간 내내 높은 전력을 가해 가동해야 하는 시스템 수요가 증가하고, 전기차⋅신재생에너지 산업이 확대되고 있다. 이 과정에서 전력반도체 시장도 커지는 중이다. 시장조사업체 옴디아는 전력반도체 시장 규모가 2020년 468억달러(약 57조7000억원)에서 2024년 623억달러(약 76조8000억원) 규모까지 성장할 것이라고 예측했다.

그 중에서도 큰 성장폭을 보일 것으로 예상되는 부문은 GaN 반도체 시장이다. 시장조사업체 마켓앤마켓의 2021년 통계에 따르면, GaN 반도체 시장은 2021년부터 2026년 사이에 연평균성장률 122.5%를 보일 전망이다. 아직 시장이 열리지는 않았지만, 추후 GaN 반도체를 사용하는 곳이 늘어날 것이라는 추측에서다.

현재 전력반도체 업계는 실리콘카바이드(SiC) 웨이퍼를 주로 사용하고 있다. 여기서 SiC는 실리콘과 탄소가 합쳐진 화합물이다. GaN에 비해서는 덜하지만, 일반 실리콘 웨이퍼에 비해 전력 손실이 덜하고 고온에서 안정적으로 작동한다는 강점이 있다.

한 전력반도체 업계 관계자는 “일반 실리콘보다는 SiC를 기반으로 한 제품을 개발하고자 하는 기업이 많다”며 “그 여파로 SiC 웨이퍼 생산 업체는 생산량을 늘리기 위한 움직임도 보이고 있다”고 말했다.

GaN 반도체를 당장 도입하기 위해서는 생산라인부터 미세한 결정 간 격자 구조까지 새롭게 배치해야 한다. 이 과정에서 시간이 소요될 수밖에 없다. 따라서 당장은 SiC 반도체가 전력반도체 시장의 주를 이루고 있고, 언제 GaN 시장이 열릴 지 확언할 수는 없다는 것이 업계 관계자의 설명이다.

하지만 GaN 반도체 시장 확대는 시간 문제일 것으로 보인다. KOTRA 측은 자료를 통해 “미국에서는 GaN 전력 장치가 저용량,고급형 태양광 인버터, 스마트폰을 비롯한 다양한 모바일 장치의 급속 충전기에도 사용되고 있다”며 “GaN 반도체는 저전력, 고속 충전 등을 요구하는 업계에 긍정적으로 작용할 것”이라고 전망했다.

이건재 IBK투자증권 연구원은 “향후 전기차 시장과 무선주파수(Radio Frequency, RF) 시장은 가장 빠르게 성장할 것으로 예상되는 산업군 중 하나”라며 “전력반도체 업체가 부가가치를 확보하기 위해서는 화합물 반도체 시장 진출이 필수적”이라고 분석했다.

글. 바이라인네트워크
<배유미 기자>youme@byline.network