GaN SiC 차세대 전력반도체, 바이든 대통령도 관심갖는다.

조 바이든 대통령이 미국에 있는 SK실트론CSS 공장에 방문합니다. 'SK실트론CSS'는 SK실트론의 미국 자회사로 차세대 전력반도체의 핵심인 실리콘 카바이드(SiC) 웨이퍼를 생산하는 세계에서 몇 안 되는 기업인데요. 친환경 정책의 일환인 전기차, 신재생에너지로의 전환 과정에서 기존 실리콘 기반의 전력반도체보다 전기 소모를 10분의 1로 줄일 수 있는 GaN(질화갈륨) 또는 SiC(실리콘 카바이드) 기반의 전력반도체의 수요가 급증하고 있습니다. 

 

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1. 차세대 전력 반도체란?

전력반도체는 전기를 동력으로 바꾸는데 쓰이는 반도체이며, 파워 반도체라고도 합니다. 전압, 전류는 물론 주파수, 직류, 교류까지 전기 형태를 변환하는 스위치 역할을 하기 때문에  모든 전기전자 제품에 쓰인다고 보시면 되는데요. 에너지 전환의 시점에서 반도체 시장의 게임 체인저가 될 수 있는 중요한 제품임에도 불구하고, 기술력의 차이로 우리나라는 현재 90% 이상을 수입에 의존하고 있는 안타까운 실정입니다. 이런 상황에서 'SK실트론'의 실리콘 카바이드 웨이퍼 생산은 해당 산업의 국내 밸류체인 생성과 확장의 중심이 될 것으로 생각되는데요. 차세대 전력반도체는 제조하는데 필요한 핵심 화합물에 따라 2가지 기반으로 나뉘게 됩니다.

     1) SiC (실리콘 카바이드) 전력반도체

기존 전력반도체보다 고압, 고열에 특히 강합니다. 특히 900v, 1000v 이상의 고압의 전기차가 전력 변환을 하는데 소모가 적어 전기차 인버터 시스템의 핵심 소재로 각광받고 있습니다. 테슬라가 2018년 모델 3에 SiC 전력반도체를 도입한 이후, 현재 전체 전기차의 3분의 1 정도가 해당 반도체를 사용하고 있는 것으로 알려져 있습니다. 이외 태양광 인버터, 산업용 모터 컨트롤러 등에서도 사용되는데, 정리하자면 소비자 일반 가전보다는 산업용으로 쓰이고 있다고 보시면 됩니다.

     2) GaN (질화갈륨) 전력반도체

GaN을 기반으로 한 전력반도체도 고압, 고열에 강합니다. 실리콘 카바이드보다 낮은 650V 이하의 시스템에서 주로 적용되고 있고, 전력 모듈에 필요한 냉각장치를 줄일 수 있어 소형화, 경량화를 가능하게 함으로써 전기차 충전기는 물론 가전에도 활용될 수 있습니다. 또한 무선 통신 소자에 쓰이는 GaN은 5G 기반의 고속 네트워크 장비에서도 유용하여 무선통신용 반도체 소재로도 각광받고 있습니다.

 

출처: SK실트론 웹사이트, SiC 웨이퍼 활용분야

 

2. 전력반도체 플레이어

SiC, GaN 시장은 해외 기업들이 주도하고 있습니다. 미국 반도체 개발사 울프스피드, 투식스와 일본 로옴, 독일 인피니언 소수의 기업들이 과점하고 있는데요. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 전력반도체 시장의 규모가 2021년 1조 2천억 원에서 2025년 5조 8천억 원으로 고성장이 예상되어 SK실트론, DB하이텍, LX세미콘 같은 국내 기업들도 해당 시장에 뛰어들어 전력반도체의 국산화를 시도하고 있습니다. 특히 바이든 대통령이 방문한 SK실트론은 2020년 미국 듀폰의 SiC 사업부를 인수하며 해당 산업의 플레이어로서 본격 성장하기 시작했습니다. 최근에는 코보(Qorvo)라는 미국 반도체 기업에 SiC 웨이퍼 공급계약을 맺기도 했습니다.

 

3. 조 바이든 대통령 방문의 시사점

바이든 대통령의 이번  SK실트론CSS 방문은 중국에 대한 의존 없이 미국 내에서 모든 반도체 공급망을 완벽하게 구축하는 것이 미국에 다시 한번 중요한 사안임을 상징한다고 봅니다. 특히 IRA 법안과도 연결되는 전기차 시장의 확장에 있어 SiC 전력반도체는 필수적인 사항이라는 점을 고려할 때, 앞으로 SK실트론을 비롯한 국내 기업들의 행보도 유의 깊게 지켜봐야 할 것 같습니다.