INTERVIEW
소재부품 국산화에 한 걸음 더
RF/전력부품연구실 강동민 실장
ETRI가 세계적인 수준의 ‘S-대역 300와트(W)급 질화갈륨 전력 소자 기술’을 개발했다. 연구진은 이번 개발을 통해 출력전력 300W, 전력밀도 10W/mm 이상의 질화갈륨 반도체 소자 성능을 검증하였는데, 이는 기존 약 8.4W/mm 수준의 상용 질화갈륨 반도체 소자 성능을 뛰어넘는 세계적인 수준이다. 이번 질화갈륨 전력 소자 기술을 개발한 RF/전력부품연구실 강동민 실장을 만나 이야기를 들어보았다.
강동민 실장님, 안녕하세요. 먼저 실장님 소개 부탁드립니다.
안녕하세요? 저는 ETRI RF/전력부품연구실에서 실장으로 근무 중인 강동민이라고 합니다. 저는 25년 정도 화합물반도체 분야에서 연구를 수행하고 있고, 주 연구 분야는 GaAs, InP, GaN 기반 전자소자 및 집적회로 개발 연구에 매진하고 있습니다.
이번에 개발한 ‘S-대역 300와트(W)급 질화갈륨 전력 소자 기술’은 무엇인가요? 소개 부탁드립니다.
질화갈륨은 통상적으로 반도체 소자로 쓰이는 실리콘(Si)에 비해 3배 이상 높은 항복전압으로 고전압 동작에 유리하며, 스위칭 속도가 매우 빨라 별도의 에너지 저장 공간이 요구되지 않기 때문에 고전압 전력 반도체에 적합합니다. 또한, 갈륨비소(GaAs) 대비 7배 이상의 높은 전력밀도 및 전력효율을 얻을 수 있어 통신시스템 효율 개선 및 소형화에 적합합니다. 이 때문에 고출력을 필요로 하는 군사용 레이더, 고주파용 통신시스템이나 전기자동차용 전력 시스템 등에 적용이 가능하여 산업적, 군사적 활용도가 높은 차세대 반도체로 주목받고 있는 화합물반도체 소자 기술입니다.
이번 기술을 개발하게 된 계기는 무엇인가요?
질화갈륨 반도체 소자 기술은 미국, 유럽 및 일본 등 반도체 선진국에서 선도해 온 차세대 전략 핵심부품 기술로써, 군사적 활용성이 높은 기술의 특성상 소자의 구매와 활용, 처리 등에 제한이 많았습니다. 기존 전량 외국에 의존하던 질화갈륨 반도체 소자 기술을 국산화하기 위해 연구진은 25년 이상 화합물반도체를 연구해온 인적, 물적 노하우와 반도체 소자를 설계하고 제작할 수 있는 ETRI 장비와 시설이 바탕이 되어 이번 성과를 낼 수 있었습니다.
기술 개발에 있어서 어려웠던 점이나, 기억에 남는 일이 있었나요?
ETRI 화합물반도체 실험실이 25년 이상 된 관계로 여러 장비들의 노후화에 의한 예상치 못한 문제점 발생으로 여러 어려움을 겪기도 했습니다. 하지만 이 분야 최고의 전문가로 구성된 연구진은 여러 대안 등을 통해서 무사히 300W 질화갈륨 반도체 소자를 개발할 수 있었습니다. 현재 저희 화합물반도체 실험실은 과학기술정보통신부와 함께 노후화된 화합물반도체 장비 교체를 통해 화합물반도체 파운드리 지원이 가능하도록 연구개발을 추진 중입니다.
이번 기술 개발의 기대효과는 무엇인가요?
질화갈륨 기반 화합물반도체 전자소자 기술에 대해서 설계부터 공정과 측정, 패키징까지 모두 순수 국내기술로 개발했다는 점에서 그 의미가 매우 큽니다. 연구진이 국내 기술력으로 세계적인 수준의 질화갈륨 전력 소자 기술 개발을 이뤄냄으로써 반도체 소재의 해외 의존도를 낮추고 기술격차를 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. 그리고 질화갈륨 반도체 부품은 5G 장비 외 민수·군수용 위성·항공·우주 및 레이더 등 다양한 분야에 응용할 수 있어 광범위한 산업적 파급효과가 기대됩니다.
실장님의 향후 계획이나 목표가 있다면?
앞으로는 질화갈륨 반도체 소자의 출력을 강화하는 한편, 5G 28GHz 대역의 주파수로의 확장을 위한 후속 연구를 지속할 계획입니다. 이와 아울러 국방 레이더·통신, 6G 차세대 이동통신 등 반도체 핵심부품의 국산화 및 일본의 주요 수출규제 품목 중 하나인 질화갈륨 기반 집적회로 개발 연구도 심화할 예정입니다.
