한국세라믹기술원 정성민·신윤지 박사 연구팀…"기판 품질 세계 최고 수준"
결함밀도 확 줄인 고품질 전력반도체 기판 제조기술 개발
한국세라믹기술원은 에너지효율소재센터 정성민·신윤지 박사 연구팀이 결함밀도를 획기적으로 줄인 전력반도체용 탄화규소(SiC) 단결정기판 제조기술을 개발했다고 28일 밝혔다.

탄화규소단결정 기판소재는 기존 실리콘 기판보다 우수한 열적·전기적 특성을 가졌지만, 재료 특성상 결함이 많아 반도체 집적회로에 적용될 수 있는 고신뢰성의 기판을 제조하는 것이 매우 어려웠다.

연구팀은 이런 결함을 줄이려고 기존 승화법이 아닌 용액성장법을 통해 직경 2인치급(50mm) 탄화규소 단결정기판을 제조했다.

이 과정에 제곱센티미터당 결함밀도 270개 이하의 고품질의 기판을 제조할 수 있는 원천기술과 공정기술도 개발했다.

기존 프라임급 탄화규소 기판이 제곱센티미터당 결함밀도 1천 개 이상인 점과 비교하면 품질을 4배 향상했다.

특히 고품질 탄화규소 단결정 용액성장기술이 적용된 기판의 품질은 세계 최고 수준이다.

연구팀이 이용한 용액성장법은 결함이 적은 단결정을 성장시킬 수 있으나 변수가 많고 공정제어가 매우 까다로운 단점이 있다.

이러한 단점을 극복하기 위해 연구팀은 동의대학교 등과 협력해 핵심 원천기술을 확보하고 공정기술을 최적화했다.

전 세계 탄화규소 반도체 소자 시장규모는 2022년 10억8천300만 달러를 넘어서는 등 급증세다.

하지만 탄화규소 반도체의 핵심 소재인 기판소재는 아직 품질문제 등으로 국산화되지 못해 100% 수입에 의존하고 있다.

이번에 개발한 고품질 탄화규소 단결정 기판 제조기술은 국내 탄화규소 기판소재의 품질을 단시간에 향상할 수 있어 국내 전력반도체 산업의 육성 및 세계 시장 점유율 확대에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

정 박사는 "고품질 탄화규소 단결정 용액성장기술은 후발주자인 우리나라의 기판시장 진입을 가속할 수 있는 핵심적인 소재 원천기술"이라며 "후속 연구를 진행해 국내 기업이 하루빨리 고품질 탄화규소 기판제품을 양산할 수 있도록 노력하겠다"고 말했다.

/연합뉴스