 ETRI, 200와트급 질화갈륨 전력소자 개발 군용 레이더, 선박 및 위성통신, 차세대 이동통신 등 활용
한국전자통신연구원(ETRI)이 ‘S-대역 200와트(W)급 질화갈륨(GaN) 전력소자’ 기술을 개발했다. 이 기술은 소자 설계부터 공정은 물론, 측정 및 패키징까지 모두 국내 기술력으로 이룬 성과로, 군사용 레이더 및 이동통신 기지국에 주로 쓰이는 고출력 전력소자를 국산화할 수 있다. 이로써 외산 장비 의존도를 줄이고 일본 수출 규제 대응에도 큰 도움이 될 전망이다.
S-대역이란 4GHz 주파수 대역을 의미하는데, 해당 주파수는 주로 레이더 장비와 같은 곳에 많이 사용하며 민간에서는 5G 이동통신, 와이파이(WiFi), 블루투스 통신 등에 활용된다.
레이더 장비는 장거리 표적을 탐지하는 핵심 기술로 정밀한 탐지 및 추적 성능을 위해 높은 출력이 필요하다. 기존 장비 전력을 제어하는 부품으로 진공관이 주로 사용되어 왔으나 수명이 짧고 발전기 등 큰 부속 장비가 필요해 구축 비용이 만만치 않았다. 실리콘, 탄화규소 등 다른 물질 활용시 전력소자는 충분한 출력을 내기 어려웠다.
이로 인해 고출력, 고전압, 고효율 특성을 지니는 질화갈륨(GaN) 전력 소자가 차세대 반도체 핵심재료로 최근 많은 각광을 받고 있다. 그러나 관련 기술력과 가격 경쟁력을 갖춘 곳이 많지 않아 군수, 방산, 민간업계에서는 그동안 외산 장비를 전량 수입해서 사용해 왔다. 특히, 최근에는 일본이 전력반도체 및 집적회로 등에 대한 수출 규제로 국산화 대응이 꼭 필요한 상황이었다.
이러한 배경에서 ETRI는 지난 4년간 노력 끝에 세계 유수의 반도체 회사와 대등한 성능을 나타내는 S-대역 200와트 전력소자 칩을 개발한 것으로, 연구진은 한 개의 0.78㎜ x 26㎜ 크기의 전력소자 칩을 패키징하여 성능을 검증했다.
본 기술은 150W급 이상 높은 시스템 출력을 필요로 하는 레이더 개발에 많은 도움이 될 것으로 기대된다. 군용 고출력 레이더뿐 아니라 민간 선박, 위성 통신 레이더에 응용이 가능하기 때문이다.
이외에도 고출력 전력소자는 차세대 이동통신 기지국 및 중 계기, 선박용 및 차량용 레이더, 위성통신 등 활용범위도 넓다. 시장조사 전문기관에 따르면, 질화갈륨 전력소자 전체 시장은 2020년 약 630억 달러로 예측되어 관련 산업 전망도 밝다.
ETRI는 향후 본 주파수 및 출력을 확장하고 민수 및 군수 핵심부품을 국산화하는 연구를 진행하는 한편, 전력소자와 더불어 주요 수출규제 품목 중 하나인 질화갈륨 기반 집적회로 개발 연구도 심화할 예정이다. 앞으로 민간 전문업체의 실용화 개발 과정을 거쳐 양산이 진행될 예정이며, 핵심특허는 반도체 소자제작기술 제조방법이다.
<Energy News>
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