국내 RF(무선통신) 부품기업 RFHIC가 최근 GaN(질화갈륨) 기반의 4인치 다이아몬드 웨이퍼 개발에 성공했다. 국내 기업으로선 최초 성과로, 자체 개발한 특허 기술을 적용했다는 점에서도 의미가 깊다. 다이아몬드 웨이퍼는 기존 웨이퍼 대비 방열 특성이 뛰어난 것이 특징이다.
향후 위성·방산 등 산업 전반에서 반도체 성능을 향상시킬 것으로 기대된다. RFHIC는 올 하반기 내로 해당 웨이퍼를 자사 제품에 적용해 회사의 경쟁력을 끌어 올리고, 향후 시장 영역을 확대할 계획이다.
RFHIC는 통신용 GaN(질화갈륨) 트랜지스터 및 전력증폭기를 전문으로 개발 및 생산하는 기업이다. GaN은 기존 반도체 소재인 실리콘 대비 전력 효율성, 고온·고압에 대한 내구성이 뛰어나다. 또한 스위칭(전기 신호를 켜고 끄는 것) 속도가 빨라 위성, 방산 등의 산업에서 수요가 특히 강하다.
최근 RFHIC는 GaN 소자의 차세대 방열 소재인 다이아몬드 웨이퍼 분야에서 괄목할 만한 성과를 거뒀다. 이 회사는 지난해 말 국내 최초로 4인치 Diamond(다이아몬드) 웨이퍼를 개발해냈다. 관련 기술을 확보한 기업은 미국, 중국 등 전 세계에서 4~5곳에 불과하다.
현재 GaN 웨이퍼는 주로 실리콘, 혹은 실리콘카바이드(SiC) 위에 GaN 물질을 성장시켜 만든다. 다이아몬드는 이들 소재 대비 내구성이 높고, 열전도율이 뛰어나 방열에 유리하다는 장점이 있다.
지난 9일 경기 안양 소재의 RFHIC 본사에서 다이아몬드 웨이퍼 개발의 주역인 곽준식 RFHIC AGS본부장을 만났다. 이곳에서 곽 본부장은 RFHIC의 다이아몬드 웨이퍼가 지닌 경쟁력, 향후 사업 계획 등을 소개했다.
곽 본부장은 "방열성이 높으면 소자의 온도를 낮춰주기 때문에, 동일한 조건에서도 더 높은 성능을 낼 수 있게 된다"며 "기존 구리(Cu) 방열소재 적용 소자 대비 RF 출력을 최대 200%까지 높일 수 있다"고 설명했다.
RFHIC는 올 하반기 내로 다이아몬드 웨이퍼 기반의 소자를 양산하는 것을 목표로 하고 있다. 먼저 자사 제품에 적용해 경쟁력을 높이고, 노하우가 충분히 쌓이면 대외 판매로 영역을 확장한다는 전략이다. 가장 유망하게 보고 있는 시장은 방산, 위성 분야다.
나아가 향후에는 양자 컴퓨팅으로의 진출을 위한 단결정(싱글-크리스탈) 다이아몬드 웨이퍼를 개발할 계획이다. 단결정은 현재 개발된 다결정(폴리-크리스탈) 대비 열전도율이 더 높다.
이를 위한 웨이퍼 제조 기술 연구개발(R&D)에도 많은 공을 기울이고 있다. 이번에 개발된 RFHIC의 다이아몬드 웨이퍼는 GaN 웨이퍼와 다이아몬드 웨이퍼를 각각 제조한 뒤, 다이(Die) 단에서 직접 본딩(붙이는)하는 공정을 거친다. 이보다 기술적 난이도가 높은 W2W(웨이퍼 투 웨이퍼) 본딩에 대한 연구개발도 추진 중이다.
곽 본부장은 "GaN 웨이퍼에 다이아몬드를 직접 증착하는 기술 역시 지속 개발하고 있으나, 실제 양산에 필요한 조건들이 매우 까다로운 상황"이라며 "본딩의 경우 다이아몬드 층을 더 두껍게 할 수 있어 방열 특성을 향상시킬 수 있다"고 밝혔다.
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또한 RFHIC는 다이아몬드를 성장하는 과정에서 자체 개발한 특허 기술을 적용했다. 현재 주요 경쟁사가 고온·고압(HPHT) 공정을 채택한 것과 달리, RFHIC는 자체 개발한 마이크로웨이브(주파수가 0.3㎓ ~ 300㎓ 영역에 해당하는 전자파) CVD(화학기상증착) 장비로 다이아몬드를 성장시킨다.
곽 본부장은 "현재 국내외 위성, 가전 기업들이 RFHIC의 다이아몬드 웨이퍼에 관심을 표하고 있는 상황"이라며 "높은 특성을 요구하는 하이엔드 시장에 대응하기 위해 관련 기술을 지속 고도화해나갈 것"이라고 말했다.
