국내 연구진이 군사용 레이더 및 이동통신 기지국에 주로 쓰이는 '고출력 전력소자'를 국산화할 수 있는 기술을 개발했습니다. 이로써 외산 장비 의존도를 줄이고 일본 수출 규제 대응에도 큰 도움이 될 전망입니다. 한국전자통신연구원(ETRI)은 'S-대역 200와트(W)급 질화갈륨(GaN) 전력소자' 기술을 개발했다고 밝혔는데요. 소자 설계부터 공정은 물론, 측정 및 패키징까지 모두 국내 기술력으로 이룬 성과라고 합니다.
질화갈륨 전력소자, 각광받는 이유
S-대역이란 4GHz 주파수 대역을 의미합니다. 해당 주파수는 주로 레이더 장비와 같은 곳에 많이 사용합니다. 민간에서는 5G 이동통신, 와이파이(WiFi), 블루투스 통신 등에 활용됩니다. 레이더 장비는 장거리 표적을 탐지하는 핵심 기술인데요. 때문에 정밀한 탐지와 추적 성능을 위해서는 높은 출력이 필요합니다. 기존 장비 전력을 제어하는 부품으로는 진공관이 주로 사용돼 왔죠. 하지만 진공관은 수명이 짧고 발전기 등 큰 부속 장비가 필요합니다. 구축 비용이 만만치 않았죠. 실리콘, 탄화규소 등 다른 물질을 활용한다고 해도 전력 소자는 충분한 출력을 내기 어려웠다고 합니다.
이에 질화갈륨(GaN) 전력 소자가 차세대 반도체 핵심재료로 최근 각광을 받고 있습니다. 질화갈륨 전력 소자는 고출력, 고전압, 고효율 특성을 지닙니다. 하지만 관련 기술력과 가격 경쟁력을 갖춘 곳이 많지 않아 군수, 방산, 민간업계에서는 그간 전량 외산 장비를 수입해 사용해왔죠. 특히, 최근에는 일본이 전력반도체 및 집적회로 등에 대해 수출 규제로 대응이 꼭 필요한 상황이었습니다.
200와트 전력소자로 성능↑, 가격 ↓
ETRI는 세계 최고 반도체 회사와 대등한 성능을 나타내는 S-대역 200W(와트) 전력소자 칩을 개발했습니다. 지난 4년간 노력 끝에 개발한 것인데요. 연구진은 한 개의 0.78mm x 26mm 크기의 전력소자 칩을 패키징해 성능을 검증했습니다. 본 기술은 150W급 이상 높은 시스템 출력을 필요로 하는 레이더 개발에 많은 도움이 될 것으로 기대됩니다. 군용 고출력 레이더 뿐만 아니라 민간 선박, 위성 통신 레이더에 응용이 가능하기 때문이죠.
이외에도 고출력 전력소자는 차세대 이동통신 기지국 및 중계기, 선박용 및 차량용 레이더, 위성통신 등 활용범위도 넓습니다. 시장조사 전문기관에 따르면 질화갈륨 전력소자 전체 시장은 내년 약 630억 달러로 예측됩니다. 덕분에 관련 산업 전망도 밝다고 합니다. 연구진은 "25년 이상 화합물반도체를 연구해온 인적, 물적 노하우와 반도체 개발 전력소자를 설계하고 제작 할 수 있는 ETRI 장비 및 시설이 바탕이 돼 성과를 낼 수 있었다"고 밝혔습니다.
연구진은 향후 본 주파수 및 출력을 확장하고 민수 및 군수 핵심부품을 국산화하는 연구를 진행하고 있습니다. 또한 전력소자와 더불어 주요 수출규제 품목 중 하나인 질화갈륨 기반 집적회로 개발 연구도 심화할 예정입니다. ETRI 강동민 RF 및 전력부품연구실장은 "국내의 우수한 설비와 연구진의 힘으로 고출력 질화갈륨 전력소자 기술을 확보했다. 본 기술이 반도체 핵심 부품 국산화 및 외산 장비 잠식을 막는데 도움이 되기를 바란다"고 밝혔습니다.
