“최근 서버⋅전기차⋅가전제품 등에서 전력 밀도를 높이려는 업계 요구가 커지면서 GaN(갈륨나이트라이드, 질화갈륨) 반도체 수요가 개화하고 있습니다.”

신주용 텍사스인스트루먼츠(TI) 이사는 20일 서울 삼성동에서 열린 기자간담회에서 GaN을 적용한 2세대 FET(전계효과트랜지스터)를 선보였다. 실리콘 기판을 사용하는 반도체와 달리, 화합물 소재를 활용한 반도체는 고온⋅고전압⋅고주파 환경에 대한 내구성이 강하다. 

SiC(실리콘카바이드, 탄화규소)⋅GaN을 화합물 반도체 기판으로 분류하는데 통상 GaN 반도체를 SiC 대비 더욱 가혹한 환경에서 사용한다. 신 이사는 “SiC 전력반도체는 450V, 150KHz 정도의 조건에 적합하지만, GaN은 650V에 1Mhz까지 버틸 수 있게 설계된다”고 설명했다. 

대신 8인치⋅12인치 공정이 일반화된 실리콘 웨이퍼와 달리 화합물 기반 웨이퍼는 2~4인치 공정이 주류다. 생산 효율이 낮은 탓에 상대적으로 가격이 비싸다.

최근 화합물 기반 반도체가 각광받고 있는 건 서버⋅전기차⋅가전제품 등 전력반도체가 사용되는 분야에서 경박단소한 디자인과 더욱 가혹한 환경 조건을 요구하기 때문이다. 고온에서도 작동한다는 건 방열 설계를 위한 방열판 등을 빼도 된다는 의미다. 덕분에 반도체 패키지 자체를 더 작게 만들어도 동일하거나 더 많은 양의 전력을 처리할 수 있게 된다. 이를 ‘전력 밀도가 높다’고 표현한다. 

최근 투자가 늘고 있는 클라우드 서버의 경우, 인구 접근성을 감안해 땅값이 비싼 도심지역에 설치된다. 서버 시설에 탑재되는 전력반도체의 전력 밀도가 높을수록 내부에서 차지하는 공간이 줄어들고, 투자비를 절감할 수 있다. 전기차처럼 공간 활용이 중요한 애플리케이션에도 이처럼 경박단소한 디자인은 중요하다.

신 이사는 “올해 초까지 지속된 반도체 공급망 이슈에 따라 SiC 기판 역시 수급이 쉽지 않았다”며 “이 때문에 최근 GaN에 대한 고객사들의 관심이 늘었다”고 설명했다.

이날 TI가 출시한 LMG3522R030-Q1은 업계 최초로 게이트 드라이버를 통합하고 상단면 냉각 패키지를 적용했다. 덕분에 더 높은 효율과 전력 밀도를 달성했다. 서버, 데이터 센터, 통신 장비, 산업용 애플리케이션의 2~5kW 전원 공급 디바이스에 적합하다. 우수한 열 성능을 달성하고, 과열 및 저전압 록아웃 보호 기능을 제공한다.