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ETRI, 200W급 질화갈륨 전력소자 개발 성공···일본 대응력↑

입력 2019.12.05. 15:26 댓글 0개
군용 레이더, 선박 및 위성통신, 차세대 이동통신 등 활용
핵심 부품 국산화로 일 수출 규제 대응에 큰 도움
ETRI 연구진이 질화갈륨 전력소자 칩의 구조와 특성을 확인하고 있는 모습.

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 군사용 레이더나 이동통신 기지국에 주로 쓰이는 고출력 전력소자를 개발해 외산 장비 의존도를 줄이고 일본 대한 수출규제 대응에도 큰 도움이 될 전망이다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 'S-대역 200W급 질화갈륨(GaN) 전력소자'의 설계부터 공정, 측정 및 패키징까지 모든 과정에 걸친 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

GaN는 갈륨비소(GaAs)에 비해 10배 이상 높은 농도로 높은 전력밀도를 얻을 수 있어 고출력 전력증폭기 소자로 적합하다.

S-대역이란 4㎓ 주파수 대역으로 주로 군에서는 레이더장비에 많이 활용되며 민간에서는 5G 이동통신, 와이파이(WiFi), 블루투스 통신 등에 사용된다.

레이더 장비는 장거리 표적을 탐지하는 핵심기술로 정밀한 탐지 및 추적 성능을 위해 높은 출력이 필요하지만 기존 장비의 전력을 제어하는 부품인 진공관은 수명이 짧고 발전기 등 큰 부속 장비가 필요해 구축 비용이 크다.

실리콘, 탄화규소 등 다른 물질을 활용한 전력 소자는 충분한 출력을 내기 어렵다.

이에 따라 고출력, 고전압, 고효율 특성을 지니는 질화갈륨(GaN) 전력 소자가 차세대 반도체 핵심재료로 최근 많은 각광을 받고 있으나 기술과 가격 경쟁력을 갖춘 곳이 많지 않아 그간 전량 외산 장비를 수입해 사용해왔다.

특히 최근에는 일본이 전력반도체 및 집적회로 등에 대해 수출 규제로 영향을 받고 이는 분야기도해 대응이 꼭 필요한 상황이다.

이번에 ETRI는 4년간 노력 끝에 세계 최고 반도체 회사들과 대등한 성능을 가진 S-대역 200W 전력소자 칩을 개발하고 0.78㎜x26㎜ 크기의 전력소자 칩을 패키징해 성능도 검증했다.

기존 진공관은 수명이 6000시간이라 6개월마다 교체가 필요했고 유지비용도 고가였으나 이 전력소자 칩은 수명이 60만시간으로 매우 길며 유지비용이 저렴하다. 또한 사용전 예열도 필요없다.

이 기술은 150W급 이상 높은 시스템 출력을 필요로 하는 군의 레이더는 물론 민간 선박, 위성통신레이더 등에 응용이 가능하다.

연구진은 향후 주파수 및 출력을 확장하고 민수 및 군수 핵심부품을 국산화하는 연구를 진행하는 한편 주요 수출규제 품목 중 하나인 질화갈륨 기반 집적회로 개발 연구도 심화할 예정이다.

ETRI 강동민 연구실장은 "국내 우수한 설비와 연구진의 힘으로 고출력 질화갈륨 전력소자 기술을 확보했다"며 "이 기술이 반도체 핵심 부품 국산화 및 외산 장비 잠식을 막는데 도움이 되기를 바란다"고 말했다.

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