화합물 전력반도체 기술강국 도약 시동...국내 유망 기업은

개발사업 예타 통과...향후 5년간 1384억원 지원

정부가 화합물 전력반도체 기술 강국 도약을 목표로 향후 5년간 연구개발(R&D)에 총 1천384억원에 달하는 자금을 지원한다. 이에 힘입어 국내 화합물 전력반도체 기업의 기술 개발에 가속도가 붙을 전망이다. 더불어 삼성전자, DB하이텍 등 파운드리 업계에서도 화합물 전력반도체 생산을 지원해 향후 시너지가 기대된다.

윤석열 대통령(오른쪽)이 2023년 2월 1일 경북 구미 SK실트론 공장을 방문해 최태원 SK그룹 회장(왼쪽)과 실리콘 웨이퍼 생산시설을 둘러보고 있다. (사진=대통령실통신사진기자단/뉴시스)

화합물 전력반도체 R&D에 1384.6억원 지원

산업통상자원부는 지난 13일 국가연구개발사업평가 총괄위원회에서 ‘화합물 전력반도체 고도화 기술개발사업’ 예비타당성 조사를 통과 시켰다. 지난해 10월 예타 대상으로 선정된 지 약 8개월 만에 이뤄진 것이다. 이에 따라 내년부터 2028년까지 기업 연구개발(R&D) 과제에 1384억6천만원을 지원하며, 여기에는 국비 938억8천만원이 포함된다.

전력반도체는 전자제품에 필수적으로 들어가는 칩이다. 최근 전기차 시장이 확대되면서 기존 실리콘(si) 소재로 만든 전력반도체보다 전력 효율이 높고 내구성이 뛰어난 화합물 전력반도체에 대한 수요가 커지고 있다.

화합물 전력 반도체는 실리콘카바이드(SiC)와 질화갈륨(GaN) 등이 대표적이다. 실리콘 반도체의 최대 동작 온도가 150도라면 SiC 반도체는 400도, GaN 반도체는 800도에서도 역할을 수행할 수 있다. 이런 장점으로 화합물 전력반도체 시장은 2030년까지 연평균 7%의 성장이 예상된다.

하지만 우리나라는 화합물 전력반도체 기술력 부족과 해외 기업의 특허 선점 등으로 수요 대부분을 수입에 의존하고 있는 실정이다. 국가별 화합물 전력반도체 시장 점유율은 유럽(54%), 미국(28%), 일본(13%) 순으로 차지하며 이들 국가의 합산 점유율은 95%에 달한다. 반면 한국은 1~2% 점유율로 미비하다. 이 분야의 강자는 스위스 ST마이크로일렉트로닉스, 독일 인피니언, 미국 크리, 온세미컨덕터, 일본 로옴 등이 대표적이다.

이번 기술개발사업의 궁극적인 목표는 전력반도체 혁신기술을 확보하고, 공급망 내재화를 위한 전력반도체 밸류체인 전반(소재-소자-IC-모듈)의 역량 강화다. 산업부는 “전력반도체 핵심기술을 확보해 국내 기업의 글로벌 시장진출을 촉진하고, 국내 공급망 안정성을 강화하는데 기여할 것으로 기대된다”고 전했다.

SK·LX세미콘 등 전력반도체 개발…삼성전자·DB하이텍 파운드리 지원

이번 기술개발사업 발표로 국내 화합물 전력반도체 기술을 개발하고 있는 국내 기업이 주목된다.

SK그룹은 전력반도체 개발에 많은 관심을 보이고 있다. SK실트론은 2020년 미국 듀폰의 SiC 웨이퍼 사업부를 4억5천만 달러로 인수해 현지에 SK실트론CSS라는 자회사를 설립했다. SK실트론CSS는 SiC에 수년간 6억 달러 투자를 계획하고 있으며, 1차 투자 격인 미국 베이시티 공장을 작년에 완공해 6인치(150㎜) SiC 웨이퍼를 연간 12만장을 생산한다.

SK파워텍 품질팀 구성원이 6인치 웨이퍼 제품 출하직전 검사를 진행하고 있다. (사진=SK)

또 SK그룹은 지난해 4월 1천200억원으로 국내 SiC 전력반도체 기업 예스파워테크닉스 지분 95.8%를 인수하며 사업 영역을 넓혔다. 예스파워테크닉스는 지난 3월 ‘SK파워텍’으로 사명을 변경함과 동시에 기존 포항 공장을 부산으로 이전하고 지난 4월부터 신규 공장에서 상업 생산을 시작했다. SK파워텍의 연간 생산량은 2만9천장이다.

이 밖에 LX세미콘, 파워큐브세미, KEC 등도 SiC 전력반도체를 공급한다. LX세미콘은 2021년 10월 LG이노텍이 보유하고 있던 SiC 웨이퍼 제조 관련 특허 60건과 생산 설비를 양수받으며 사업영역 확대에 나섰다. 파워큐브세미는 1700V 실리SiC 전력반도체(트렌치 MOSFET)를 개발 완료했으며, 2025년부터 양산할 계획이다. KEC는 2019년 SiC 전력반도체 시제품 개발을 완료해 현재 프리미엄 TV향 소량 SiC 제품을 공급한다. GaN 전력반도체와 관련해서 아모센스, 에이프로세미콘이 대표적이다.

국내 파운드리 분야에서도 화합물 전력반도체 생산을 지원할 계획이다.

삼성전자는 지난달 ‘삼성 파운드리 포럼’에서 컨슈머, 데이터센터, 오토모티브 향으로 2025년 8인치 GaN 전력반도체 파운드리 서비스를 시작한다고 밝혔다. DB하이텍은 지난해 말부터 8인치 GaN 공정을 개발에 들어가 2025년 파운드리 서비스 개시를 목표로 한다. SK하이닉스가 지난해 인수한 키파운드리 또한 8인치 GaN 파운드리 공정 개발에 들어선 것으로 알려졌다.