우주 공간이나 방사선이 쏟아지는 극한 환경에서도 고장 나지 않는 '차세대 슈퍼 전력반도체' 개발을 위해 국내 연구진이 본격적인 연구에 돌입했다.

이번 연구는 우리나라가 미래 첨단산업의 주도권을 쥐고 글로벌 반도체 공급망을 안정시키는 데 큰 역할을 할 것으로 기대를 모은다.

경상국립대는 전기공학과 김정식(사진) 교수 연구팀이 과학기술정보통신부가 주관하는 '차세대 소재 적용 고출력 전력반도체 개발' 전략연구사업에 참여해 고신뢰성 전력반도체 연구를 본격적으로 추진한다고 31일 밝혔다.

전력반도체는 전기차를 비롯해 신재생에너지, 데이터센터, 우주·항공, 국방 시스템 등에서 전력을 제어하고 변환하는 핵심 부품이다.

기존에는 주로 실리콘(Si) 소재를 사용했지만 고전압을 견디기 어렵고 뜨거운 열에 취약하다는 치명적인 한계가 있었다.

김 교수 연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 탄화규소(SiC)나 다이아몬드 같은 이른바 차세대 와이드 밴드갭(Wide Bandgap) 신소재를 활용한다.

특히 우주 공간이나 원자력 발전소처럼 방사선이 강하고 온도가 높은 극한의 환경에서도 반도체가 오작동 없이 안정적으로 작동할 수 있도록 만드는 데 연구의 초점을 맞췄다.

김 교수팀은 그동안 반도체가 방사선에 노출되었을 때 어떻게 열화되고 고장 나는지, 이를 어떻게 막을 수 있는지 연구해 온 이 분야의 손꼽히는 전문가 그룹이다.

이미 관련 최고 권위의 국제학술지(SCIE급)에 30편이 넘는 논문을 발표하며 세계적인 인정을 받았다.

또한 현재 과기정통부의 지원을 받아 내방사선 반도체 평가 기술 고도화, 차세대 3D 메모리 소자 개발, 다이아몬드 소재 기반 방사선 신뢰성 연구 등 굵직한 국책 과제들을 성공적으로 수행하며 연구 역량을 입증해 왔다.

무인항공기나 자율주행 자동차에 쓰이는 메모리 반도체의 방사선 열화 현상을 해석하는 플랫폼 연구도 이들의 주요 성과 중 하나다.

연구팀은 이번 과제를 통해 고출력 전력반도체의 전기적 특성을 정밀하게 분석하고, 극한 환경에서 반도체의 성능이 떨어지는 원인을 근본적으로 규명할 예정이다.

이를 통해 우주 데이터센터나 위성, 항공 전장, 국방 시스템 등에 곧바로 쓰일 수 있는 고신뢰성 반도체 설계 기술을 확보한다는 계획이다.

김 교수는 “고출력 전력반도체는 미래 우주·국방·에너지 산업의 핵심 부품으로, 단순한 성능 향상을 넘어 극한환경에서의 장기 신뢰성 확보가 무엇보다 중요하다”며 “그동안 축적해 온 반도체 방사선 신뢰성 및 내방사선 소자 연구 경험을 바탕으로 차세대 소재 기반 전력반도체의 실질적 적용 가능성을 높이는 연구를 지속해 나가겠다”고 밝혔다.

이번 연구를 계기로 경상국립대는 차세대 전력반도체와 메모리 소자 신뢰성 분석 분야에서 연구 경쟁력을 한층 끌어올릴 전망이다.

진주=강승우 기자 [e-mail]