전력밀도 개선 위한 신소재 주목…SiC/GaN 전력반도체 특허출원 크게 늘었다

최태우 기자 / 기사승인 : 2019-10-22 16:15:12
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고효율·디자인소형화 이슈에 적합한 신소재 활용기술 특허출원 증가세

▲ 사진은 로옴(ROHM)이 개발한 1700V 실리콘카바이드(SiC) MOSFET [참고사진, ITBizNEws DB]

- 정부 추진하는 반도체 전략으로 증가세 이어갈 듯, 공정난이도·비용 등 해결과제도
 

[IT비즈뉴스 최태우 기자] 전기자동차(EV)와 충전소에 탑재돼 전기에너지를 관련 애플리케이션에 적합한 형태로 변환-공급하는 전력반도체(PMIC)시장이 성장하고 있다. 디자인 설계 부문에서 요구되는 소형화와 전력밀도를 높이기 위한 신소재개발도 빠르게 진행되고 있는데, 국내 중소·중견기업의 특허출원수도 늘고 있어 주목된다.

블룸버그뉴에너지파이낸스(BNEF) 자료에 따르면, 전기차는 2017년 세계시장에서 연간 판매량 100만대를 돌파한 이후 2025년 1000만대를 돌파하며 내연기관을 빠르게 대체할 것으로 전망된다.

전세계 전력반도체시장 규모도 2017년 178억달러에서 2025년 299억달러로 연평균 6.7% 증가할 것으로 보인다.

효율성을 높이기 위한 전력밀도 개선에 실리콘카바이드(SiC), 갈륨나이트라이드(GaN)와 같은 신소재를 활용한 차세대 전력반도체기술도 빠르게 개선되고 있다.

22일 특허청에 따르면, 실리콘카바이드(SiC), 갈륨나이트라이드(GaN) 소재를 활용한 전력반도체 관련 특허출원이 최근 들어 급증하고 있다.

출원건수는 2015년 10건, 2016년 13건, 2017년 18건으로 늘다가 지난해 33건으로 전년비 83.3% 크게 늘었다. 고전압 응용분야에서의 수요가 급증할 것으로 예상되는 차세대 전력반도체 연구개발(R&D)이 활발하게 진행되고 있는 게 이유로 분석된다.

기존의 실리콘(Si) 기반 전력반도체는 구현이 쉽고 저렴한 장점이 있으나 큰 환경변화로 가혹한 운행 환경에서도 고도의 내구성과 신뢰성을 보증하기에는 구조나 설계의 개선만으로는 한계가 존재했다.
 

▲ 연도별 특허출원 동향 [특허청 자료인용]

최근 각광받고 있는 SiC/GaN 기반 전력반도체는 Si에 비해 고온·고압환경에서도 안정적으로 작동하는 물질적 특성을 갖고 있어 전력효율성을 높이고 디자인 소형화, 차량경량화 부문에 개선을 견인하는 소재로 주목받고 있다.

허나 공정 구현이 어렵고 Si 대비 비용소비가 높아 향후 본격적인 상용화를 위해서는 해결해야 할 기술적인 과제도 존재한다.

출원인 관련 동향을 살펴보면 2015년 40%이었던 내국인 출원 비중은 2018년 66.6%로 늘었는다. 메모리반도체 분야와 함께 비메모리반도체 분야에서도 국내 기업의 적극적인 투자가 진행되고 있는 것으로 보인다.

2017년 이전까지 연 5건 미만이던 중소·중견기업의 출원건수는 지난해에 13건으로 늘었다. 지난 5월 정부가 ‘시스템반도체 비전과 전략’을 발표하면서 팹리스기업의 창업, 차세대 반도체 개발을 집중 지원할 것을 밝힌 바 있어 국내 중소·중견기업을 포함한 국내 기업의 특허출원수도 꾸준히 늘어날 것으로 전망된다.

특허청 이동영 전자부품심사팀장은 “환경규제로 에너지 효율이 중요시되고 있는 추세에서 전력반도체 분야는 팹리스 중소·중견기업에게도 기회의 영역”이라며 “높은 수준의 신뢰성이 요구되는 산업 특성상 기술역량을 꾸준히 축적하면서 강한 특허로 무장할 필요가 있다”고 말했다.

 

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