초고효율 및 초소형 전력반도체 시장에서 향후 GaN 전력반도체가 시장 확대를 이끌 것이라는 전망이 나왔다.

e4ds news는 지난 28일 온라인 웨비나를 통해 ‘e4ds 반도체 기술 컨퍼런스 2021 spring’을 진행했다.

이날 컨퍼런스에 참여한 이형석 한국전자통신연구원 책임연구원은 전기차용 GaN(질화갈륨) 전력반도체 연구개발 동향을 발표했다.

이형석 책임연구원은 전기차의 전비 향상을 위해서는 고효율 및 빠른 스위칭 전력소자 사용으로 전력변환 장치의 효율 향상 및 소형화가 필요하다며 이상적인 전력 반도체의 조건으로 △손실이 적어야 한다 △고전압시 누설전류가 작아야 한다 △스위칭 속도가 빠르고 전력손실이 적어야 한다 △온도 등 신뢰성이 보장돼야 한다고 밝혔다.

이런 조건을 만족하는 전력반도체 소재로서 최근 SiC(실리콘카바이드), GaN(질화갈륨) 소재가 상용화 또는 많은 연구가 진행되고 있다며, 이러한 와이드밴드갭(wide band-gap) 전력반도체는 저전력 소모 및 고효율 동작으로 차세대 전력반도체로 주목받고 있다고 언급했다.

특히 Si 소자를 GaN 소자로 대체할 경우 저항손실이 1/1,000로 감소하고, 효율 유지가 DC-DC 95%, AC-DC 90%, DA-AC 99%로 Si 소자대비 2∼10%p의 효율이 상승했다.

GaN 전력반도체는 무선통신, MEMS, 디스플레이 패널의 스위치, 온도센서, 무선통신, 전기차, 항공기, LED조명, 바이오, DVD 스토리지, 연료전지 등에 사용될 수 있다.

이어 이형석 책임연구원은 한국전자통신연구원이 개발한 GaN 전력반도체 기술을 소개했다. 전자통신연구원이 개발한 GaN 전력반도체는 50W 전력에서 95.42%의 효율을 보였다.

마지막으로 이형석 책임연구원은 “실리콘 반도체와 비교해 아직은 가격이 고가 이므로, 고전압과 빠른 스위칭 속도가 필요한 제품에 우선적으로 적용될 것으로 보이며, 최근 컴퓨터 어댑터 등에서 상용화 및 사용되고 있다”며 “다만 자동차용으로 사용하기 위해서는 내구성, 안전성 등 검증이 필요하므로 수년 또는 10년 이상의 시간이 필요할 것”이라고 밝혔다.

또한 “한국전자통신연구원의 경우 GaN 전력반도체 연구와 관련해 연구개발 협업의 길이 열려있다”고 말했다.