전력(파워)반도체용 탄화규소(SiC) 단결정 기판 품질을 높일 수 있는 기술이 개발됐다.
한국세라믹기술원(원장 유광수)은 정성민·신윤지 에너지효율소재센터 연구팀이 산업통상자원부 전략적핵심소재기술개발사업 일환으로 전력반도체용 고품질 SiC 단결정 기판 제조기술을 개발했다고 28일 밝혔다. 세계 최고 수준 2인치급 고품질 SiC 단결정 기판도 제작했다.
SiC 단결정 소재는 실리콘보다 우수한 열·전기적 특성을 갖고 있어 고전압·전류를 사용하는 항공·우주·전기차 등 첨단 에너지 분야에서 전력반도체용 기판 소재로 주목받고 있다. 하지만 소재 특성상 결함이 많아 반도체 집적회로를 비롯한 고신뢰성 기판에는 적용이 어려웠다.
연구팀은 기존 승화법이 아닌 용액성장법을 이용해 결함을 최소화할 수 있는 단결정 성장기술을 개발하고, 이를 이용해 직경 2인치급(50㎜) SiC 단결정 기판을 제작했다.
단결정 기판 제작 과정에서 제곱센치미터(㎠)당 결함밀도를 270개 이하로 낮춘, 고품질 기판 제조 원천기술과 공정기술을 확보했다. 기존 프라임급 상용 SiC 기판의 제곱센치미터당 결함밀도는 1000개 이상이다.
연구팀이 이용한 용액성장법은 상대적으로 안정된 열적 평형상태에서 결정을 성장시키기 때문에 결함은 작지만 변수가 많고 공정제어도 까다롭다. 연구팀은 동의대, 악셀, 일진디스플레이 등 대학 및 기업과 협력해 이 같은 단점을 극복했다.
세계 SiC 반도체 소자 시장 규모는 급성장세로 2022년 10억8300만 달러를 넘어설 것으로 예상된다. SiC 반도체 기판소재는 아직까지 100% 수입에 의존하고 있다.
정성민 연구원은 “국내 SiC 기판의 품질을 단기간에 향상해 전력반도체 산업 발전과 세계 시장 점유율 확대에 기여할 것”이라면서 “후속 연구를 통해 국내 고품질 SiC 기판 양산을 앞당기겠다”고 말했다.
진주=임동식기자 dslim@etnews.com
