GaN 소비자 전원 공급장치에 채택 증가
온세미컨덕터가 올해 실리콘카바이드(SiC)와 질화갈륨(GaN) 반도체 적용 분야를 확대한다고 밝혔다.
SiC, GaN 등 차세대 소자 반도체를 와이드밴드갭(WBG) 솔루션이라 한다. 이들 반도체는 태양광 및 풍력, 전기차, EV 충전, 5G 통신, 클라우드컴퓨팅 등에 활용이 빠르게 증가되고 있다.
다음은 브랜든 베커 온세미컨덕터의 제품 라인 매니저와 올해 SiC, GaN 반도체 시장 전망에 대한 일문일답이다.
Q. SiC와 GaN 등의 와이드밴드갭 반도체가 전기차(EV), 5G 기지국 분야에 적용이 확산되고 있다. 그러나 여전히 실리콘 기반 모스펫(MOSFET)이 가격 경쟁력을 장점으로 대부분의 애플리케이션에 적용되고 있다. 올해 제 3세대 반도체 소재 개발 트렌드를 어떻게 전망하는가?
A. SiC와 GaN은 기존 실리콘 기반 디바이스보다 더욱 높은 효율성과 전력 밀도를 요구하는 애플리케이션 분야에 계속해서 확대 적용될 것으로 보인다. 비용 측면에서 보면, 전체 시스템 비용을 줄이는 차원에서 WBG디바이스의 채택이 확산될 것으로 예상된다. 예를 들어, 냉각 시스템을 제거하거나 수동(passive) 디바이스의 크기와 비용을 줄임으로써 시스템 비용을 감소시킬 수 있다. 시스템 비용 간소화는 WBG 디바이스에 사용되는 비교적 높은 스위칭 주파수 덕분에 가능하다. 단기적으로 볼때는 기술의 조합에 기반한 솔루션들이 등장할 것이다. 일례로 인버터가 대표적이다. 인버터는 기존 실리콘 IGBT를 SiC 다이오드와 결합해 시스템 비용을 줄이면서 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
Q. 5G 시대에는 SiC MOSFET과 관련해 어떤 새로운 애플리케이션이 등장할 것으로 보는가? 해당 애플리케이션 영역에서 SiC MOSFET의 적용 사례가 크게 증가하고 있는가?
A. 5G는 4G LTE 대비 20배 빠른 속도를 제공한다. 그러나 빠른 속도의 구현에는 더욱 많은 전력을 처리해야 한다. 동시에 하드웨어가 과열되지 않도록 전력 효율에 최적화된 디바이스가 필요하다. SiC MOSFET은 이러한 성능상의 목표를 달성할 수 있다.
SiC가 까다로운 환경에서도 사용될 수 있기 때문에 클라우드와 인공지능(AI) 서비스에 중요한 역할을 하게 될 것이다. 현재 해당 분야의 애플리케이션 수요는 크게 증가하고 있는 추세다. 높은 전력 밀도에 대한 요구는 설계 엔지니어들의 주요 관심사로 떠오르고 있다.
Q. 온세미컨덕터의 경쟁력은 무엇인가? 해당 경쟁력은 올해 출시되는 제품군에 어떻게 반영이 되는가?
A. 전세계 전력 반도체 업계 2위인 온세미컨덕터는 900V, 1200V SiC MOSFET 제품군을 확장해 왔다. 올해는 650V SiC MOSFET 기술을 발표했다. 해당 기술이 정식 출시되면 고객이 요구하는 짧은 리드타임을 제공하도록 생산 능력을 최대화에 집중할 계획이다.
또한 오토모티브 트랙션 인버터, 온보드 충전, 전기차 충전, 태양광 발전,태양광 인버터, 서버 전원공급장치(PSU), 통신, 무정전 전원공급장치등의 고객사와 지속적으로 협력하고 있다. 이 외에도 전문 오디오, 전문 조명, 의료, 전력 툴, 어플라이언스, 보조 모터 분야 등에서도 WBG 기술수요가 증가하고 있다.
Q. 온세미컨덕터의 제품군이 전기차에 적용된 사례가 있는가? 현재 자동차 제조업체들과의 협력은 어떻게 진행되고 있는가?
A. 현재 SiC MOSTFET과 SiC 다이오드가 전기차에 적용되고 있다. 이 외에도 전세계 자동차 업계의 OEM들과 다양한 협력 프로젝트를 진행중이다. 진행 상황은 제품, 자격, 평가, 개발 유형에 따라 다르다.
Q. 실리콘(Si), SiC, GaN의 향후 방향성을 어떻게 전망하는가? 이들이 연이어 대체될 것으로 보는가?
A. SiC와 GaN 반도체는 미래의 전력 전자 장치의 필수 요소다. 이 기술은 재료의 물리적 특성으로 이전에는 만들어 낼 수 없었던 디바이스를 탄생시키고 있다. SiC MOSFET는 지난 50년에 걸쳐 완성됐으며, 현재도 꾸준히 개선되고 있다. 온세미컨덕터가 추진하고 있는 방향은 특정 애플리케이션에 맞게 기술을 맞춤화하는 것이다.
Q. 향후 2~3년간 SiC와 GaN와 관련해 가장 유망한 시장은 어디가 될 것으로 보는가?
A. 온세미컨덕터는 산업용 전력과 에너지 분야에서 SiC 시장점유율을 꾸준히 확대할 것으로 예상된다. 특히 자동차 트랙션 인버터 분야에서 급속한 성장세를 보일것으로 기대된다. GaN은 전력 밀도를 설계상 우선순위로 두고 있는 소비자 전원 공급장치에 대대적으로 채택될 것으로 보인다.
Q. SiC MOSFET 개발의 도전과제는 무엇인가? 이를 해결하기 위한 온세미컨덕터의 전략은?
A. 현재 가장 큰 도전과제는 SiC 기판 개발이다. 반도체 제조업체들은 이를 해결하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. SiC 기판은 기존의 실리콘 보울(boule)과 매우 다르다. 사용된 장비부터 프로세스, 처리 방법, 절단 방법 등이 SiC를 위해 특별히 개발됐다. 온세미컨덕터는 결함 밀도를 낮추기 위해 많은 연구개발을 진행한 결과 비용구조를 개선시켰다. 덕분에 고객들 사이에서 SiC MOSFET 채택이 가속화되고 있다고 본다. 그 밖에 에피택시얼 성장, 팹 처리, 패키징에서 여려움이 따른다.
