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화합물 전력반도체의 기술주권을 확보하려면?

  • 등록자이지수
  • 등록일2023-10-13
  • 조회수689

[KISTEP 브리프 84호] 화합물 전력반도체 -글로벌 기술･산업･정책 동향을 중심으로-


1 전력반도체란? 전력반도체는 전기기기에서 전력변환, 전력변압, 전력안정, 전력분배 및 전력제어 등의 기능을 수행하는 반도체입니다. 개별소자, 집적회로 및 모듈로 구분이 가능하며 소재에 따라 Si, SiC, GaN, Ga2O3 전력반도체로 구분됩니다! 화합물 전력반도체란 무엇인가요? 전체 전력반도체 중 SiC, GaN, Ga2O3 전력반도체를 화합물 전력반도체로 지칭합니다. 화합물 전력반도체는 소재의 특성 차이로 인해 Si 대비 전력 효율, 속도, 내구성 등이 뛰어나다는 특징이 있어요. 화합물 전력반도체의 수요는 점점 증가하고 있습니다.


2 기술동향을 알아볼까요? 그동안 전력반도체는 Si 기반 전력반도체 위주의 제품이 상용화되어 활용되어 왔어요. 그러나 최근 전기차, 신재생에너지과 같은 고전압, 고주파 등 제품 환경 변화에 따라 SiC, GaN 등 WBG(Wide Band Gap) 화합물 반도체 기술이 급부상하고 있습니다! SiC 화합물 반도체 특징 고전압에도 견딜 수 있으며, 전력변환 효율이 우수 기술동향 전력변환효율이 우수한 특성을 바탕으로 전기차, 신재생에너지 인버터용 소자 개발이 주로 이루어짐 초고전압 소자 기술개발 요구가 증가 중 GaN 화합물 반도체 특징 기존 전력반도체보다 작은 크기로 칩 구현이 가능 기술동향  급속충전용 모듈 기술개발이 활발히 진행 중 Ga2O3 화합물 반도체 특징 에너지갭이 높아 고전압 전력반도체 구현에 유리함 기술동향 전 세계적으로 기술개발 단계는 초기인 상황


3 산업동향을 알아봐요! 글로벌 전력반도체 시장은 독일, 미국, 일본 등 주요 기업들이 시장을 주도하고 있어요. 특히 선도 기업들은 활발한 M&A 및 협력을 통해 전력반도체 밸류체인의 수직계열화를 추진하고 있습니다! 우리나라는 전력반도체 분야에서 기술력 및 시장점유율이 낮은 상황이며, 최근 M&A 및 투자 확대를 통해 전력반도체 경쟁력 강화를 모색하고 있어요.


4 정책동향을 알아볼까요? 주요국은 전력반도체 집중 육성을 위한 투자계획 및 정책을 발표하고 있으며 공급망 안정성 확보를 통한 생산역량 강화를 추진하고 있어요. 미국 약 3,200만 달러 규모의 SWITCHES 프로젝트를 통해 GaN 및 SiC 디바이스 기술에 대한 연구개발을 진행하고 있어요. EU 약 1,230만 유로 규모의 SPEED 프로젝트를 통해 SiC 기판, 디바이스 제조기술 등의 연구개발이 진행되었어요. 중국  ‘중국 제조 2025’에서 메모리 반도체와 병행하여 전력반도체(SiC, GaN)에 대한 국내기업 지원 정책을 펼치고 있어요! 일본 전략적 이노베이션 창조 프로그램의 일환으로 차세대 파워일렉트로닉스 사업을 개시했어요. 한국 전력반도체 부문 기술력 제고를 위해 정부주도의 대형R&D사업을 추진하고 전력반도체 육성전략을 마련 중입니다.


5 경쟁력을 분석해볼까요?: 공급망 공급망 R&D AHP 수입 한국은 전력반도체 소재, 소자,  IC 및 모듈을 모두 수입하고 있어요. 중국도 수입에 의존하고 있어요. 독자적 미국, 일본, 대만은 독자적인 공급망을 갖고 있습니다. 한국은 기술 무역 수지비 향상과 미･중 무역 의존도를  낮추기 위한 원천 특허 확보 및 상용기술의 해외이전, 기술 제휴확대 등의 전략을 통한 기술주권을 확보해야 해요!


6 경쟁력을 분석해볼까요?: R&D 역량 공급망 R&D AHP 기술 수준 1위 미국 2위 일본 3위 유럽 4위 중국 5위 한국 미국은 소자, 파워IC, 모듈 분야에 높은 기술력을 보유하고 있어요! 일본은 소재, 장비 분야를 중심으로 강점을 갖고있어요! 미국과 일본이 기술, 특허를 주도하고 있는 상황이에요. 절대적 연구인력이 부족한 우리나라는 외산에 대부분 의존하고 있어, 고급인력 양성 등 전략을 통한 기술의 경쟁력 확보가 요구됩니다.


7 경쟁력을 분석해볼까요?: AHP 분석 공급망 R&D AHP * 계층화분석(AHP: Analytic Hierarchy Process) 기법을 이용하여 ▲시장･통상(대외경쟁력, 산업활성도), ▲신산업선점(신산업잠재력, 혁신 영향력), ▲공급망･안보(대체불가능성, 정부투자필요성) 관점에서의 6개 지표에 대한 중요도를 비교했습니다! SiC 대외경쟁력 0.180 SiC 산업활성도 0.176 SiC신산업잠재력 0.230 SiC혁신영향력 0.095 SiC대체불가능성 0.142 SiC정부투자필요성 0.176 GaN대외경쟁력 0.141 GaN산업활성도0.184 GaN신산업잠재력 0.165 GaN혁신영향력 0.179 GaN대체불가능성 0.194 GaN정부투자필요성 0.137 SiC는 소자/소재, GaN은 소재 개발이 기본적으로 중요하며, 상황별 시나리오에 따라 차별화된 SiC/GaN R&D 추진을 통해 전력반도체 기술력을 확보하는 것이 중요합니다!


8 분야별로 어떤 정책이 필요할까요? 공급망 공급망 개편 시 화합물 전력반도체를 중심으로  주도적인 역할을 해야 합니다. 인재 화합물 전력반도체 대학교원 확보를 위해 별도의 고급인력양성 사업을 추진해야해요. 정부 전력반도체 기술력 확보를 위한 맞춤형 전략 및 법･제도적 지원방안을 마련해야 합니다! 민간 글로벌 기업의 수직계열화에 대응하여 민간이 주도하되 정부와의 협력 또한 수행해야해요.


[KISTEP 브리프 84호] 화합물 전력반도체 자세한 내용은 KISTEP 홈페이지에서 확인하세요! 바로가기

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