초록 ▼

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
• 전압 200V, 600V급 범용 전력소자용 8인치 GaN on Si 에피웨이퍼 시제품 개발 및 신뢰성 테스트를 통한 사업화
• 전압 600V급 High-Power 전력소자용 4인치 GaN on SiC 에피웨이퍼 시제품 개발 및 신뢰성 테스트를 통한 사업화
• 4인치 GaN on Diamond 에피웨이퍼 기술 검토

□ 개발내용 및 결과
• 8인치(Multi-4인치 겸용) Hybrid-MBE 시스템 구축
- 대구경 적용을 위해 해외 유휴장비 마켓과

3. 개발결과 요약
□ 최종목표
• 전압 200V, 600V급 범용 전력소자용 8인치 GaN on Si 에피웨이퍼 시제품 개발 및 신뢰성 테스트를 통한 사업화
• 전압 600V급 High-Power 전력소자용 4인치 GaN on SiC 에피웨이퍼 시제품 개발 및 신뢰성 테스트를 통한 사업화
• 4인치 GaN on Diamond 에피웨이퍼 기술 검토

□ 개발내용 및 결과
• 8인치(Multi-4인치 겸용) Hybrid-MBE 시스템 구축
- 대구경 적용을 위해 해외 유휴장비 마켓과 국내업체와 협업을 통해 8인치 Hybrid-MBE 시스템 구축 완료
• SADA 특허기술과 Hybrid-MBE 성장법을 이용한 SR-GaN™ 기술 적용
- 기존 4인치 장비의 레시피를 신규 8인치 시스템에 성공적으로 이식 완료
• 8인치 GaN on Si: 200V,600V급 범용 전력소자용 GaN 에피웨이퍼 시제품 개발 및 사업화
- 국내 최초 200V,600V급 8인치 전력소자용 GaN on Si에피웨이퍼 개발 완료
- Breakdown voltage >774V, Drain current 750mA/mm
- Mobility 2,550㎠/Vs, 2DEG 밀도 1.1x10¹³
- 에피 신뢰성 Thermal cycling test 결과 1,000 cycle
- 국내 최초 200V,600V급 8인치 전력소자용 GaN on Si 에피웨이퍼 사업화 성공
- 삼성전자 공급업체 등록 후 GaN 에피웨이퍼 납품
• 4인치 GaN on SiC: 600V급 High-power 전력소자용 4인치 GaN on SiC 에피웨이퍼 시제품 개발 및 사업화
- 국내 최초 600V급 4인치 GaN on SiC 에피웨이퍼 개발완료
- Breakdown voltage >1,000V, Drain current 790mA/mm
- 면저항균일도 2.3Std.%, XRD FWHM 균일도 ±0.6/±1.6
- 에피 신뢰성 Thermal cycling test 결과 1,000 cycle
- 국내 최초 600V급 4인치 GaN on SiC 에피웨이퍼 사업화 성공
- Gal-El, RFHIC 공급업체 등록 후 GaN 에피웨이퍼 납품
• 신뢰성 관련 에피웨이퍼 및 소자 분석법 개발
- 웨이퍼 분석 관련 IEC, JEDEC, ASTM 등 국제표준에 준하는 결함 분석법 확립
- 전력 반도체 소자의 성능 평가법을 확립하여 국제표준에 준하는 시험표준 마련
• 전력반도체 열분석법 개발 및 성능시험 수행
- TSEP 연구를 통한 전력반도체 열분석법 개발 완료
- 신뢰성 가속시험 Power cycling test 개발 후 성능시험 수행
• 4인치 GaN on Diamond 에피웨이퍼 기술검토
- 4인치 poly-diamond 기판위 transition 층을 이용한 단결정 AlN buffer 층 및 GaN 에피층 성장 기술개발

□ 기술개발 배경
• 최근 에너지 위기와 환경규제 강화, 친환경등의 이슈가 대두되어 에너지 절감과 환경 보호 분야의 IT 기술이 부각되고 있다.
• 전력소자는 저전력/고효율 전력 변환, 분배, 관리기술의 핵심부품 분야로서 친환경, 에너지 절감이라는 전 지구적 이슈와 밀접한 부품 분야이다.
• 전 세계 200억불 규모의 전력소자 시장은 지금까지는 실리콘 기반의 전력소자 기술이 주도하고 있지만 전력 변환 효율, 내전압, 내열, 전력밀도 등의 물리적 한계 특성으로 인해 차세대 전력소자 개발이 절실히 필요하다.
• GaN 와 SiC 같은 넓은 밴드갭 반도체가 차세대 전력소자소재로 주목받고 있다.
• SiC의 경우 고성능의 소자가 보고되었으나 양질의 대구경웨이퍼 성장이 어렵고 무엇보다 웨이퍼 가격이 매우 높다는 문제점을 가지고 있다.
• GaN는 SiC와 마찬가지로 높은 내전압 특성을 갖고 있으며 이종접합구조 적용 시 전자이동도가 매우 높아 우수한 전력소자를 제작할 수 있다. 또한 GaN를 성장하기 위한 기판으로 Si (실리콘)을 사용하는 경우 열전도도가 높고 가격이 저렴하며 대면적으로 공급 가능하기 때문에 시장진입에 가장 유리한 차세대 전력소자 소재임이 확실하다.
• GaN 전력소자에 대한 국내 기술은 개발 초기단계로써 기술선진국들에 비해 상대적으로 매우 뒤쳐져있다.
• 특히 핵심 소재기술인 GaN 에피웨이퍼 성장기술은 오랜 기술 노하우 축적이 필요한 분야로서 국내 전문가가 매우 부족하며 이를 사업화한 업체도 전무한 실정이다.
• 이러한 소재기술은 원천핵심기술로서 우리나라 보다 먼저 기술개발을 시작한 일본, 미국, 유럽 등 기술개발국가에서 적극적인 보호를 하고 있는 기술로 국내 기술이 성숙되지 않는다면 기술적인 종속과 더불어 부가가치가 높은 거대 시장에서 기득권을 빼앗기게 될 것이며, 동시에 에너지 효율증대를 통한 국가 경쟁력 강화에 차질이 일어날 것이다.
• 오랜 기술축적과 노하우가 필요한 에피웨이퍼 개발 특성상 기술의 상업화가 본 괘도에 이른 후에는 기술선도그룹과의 기술격차를 좁히는 것은 매우 어려운 일이며 전력소자용 GaN 에피웨이퍼 전문기업이 전무한 국내 현실을 감안할 때 정부지원을 통한 기술축적 및 상용화를 위한 전략적인 접근이 필요불가결하다고 판단된다.

□ 핵심개발 기술의 의의
• 당사는 Hybrid-MBE 및 SR-GaN™ 이라는 새로운 접근법을 통해 시장요구에 부합하고 GaN 전력소자 시장 확대를 견인할 수 있는 핵심기술을 확보하였다.
• 국내 최초로 특허기술과 자체개발 장비기술을 통해 가격경쟁력이 확보된 200V,600V급 전력소자용 GaN 에피웨이퍼 기술을 개발하였고 사업화에 성공하였다.
• 차세대 전력반도체의 핵심기술인 에피웨이퍼 기술은 국내에서 사업화한 업체는 전무하며 당사가 유일하다.
• 일부 GaN 전력소자 사업을 진행하고 있는 국내 기업이 있지만 국내에서 패키지만 할 뿐 핵심 소재인 GaN 에피웨이퍼는 해외에서 전량 수입하고 있는 실정이다.
• 기술종속이 이루어지고 있는 GaN 소재기술에 있어 당사는 국내 유일의 전력소자용 GaN 에피웨이퍼 공급업체로서 국내 GaN 전력소자 공급사들과 협업하여 GaN 에피웨이퍼의 수입대체를 통해 기술종속을 탈피하고자 한다.

□ 적용 분야
• 기존 Si 전력소자 대체, EV/HV 전력변환모듈, 데이터 서버파워서플라이, 차세대 고속 통신용 송수신모듈, 무선 전력전송 기술, 멀티디바이스 무선 고속충전, 무인자동차 센서

(출처 : 초록 - 3. 개발결과 요약 4p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 최종보고서 초록 ... 3
• 기술개발사업 주요 연구성과 ... 11
• 목차 ... 18
• 제 1 장 서론 ... 20
• 제 1 절 과제의 개요 ... 20
• 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 27
• 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 27
• 제 2 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 30
• 제 3 절 수행 결과의 보안등급 ... 99
• 제 4 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 99
• 제 3 장 결과 ... 100
• 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 100
• 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 109
• 제 3 절 고용 창출 효과 ... 112
• 제 4 절 자체 보안 관리 진단표 ... 113
• 제 4 장 사업화 계획 ... 114
• 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 114
• 제 2 절 사업화 계획 ... 115
• 끝페이지 ... 119