[과학의달인] 차량용 SiC 전력반도체 국산화 성공…"유례없는 반도체 품귀 문제 해결" / YTN 사이언스

■ 방욱 / 한국전기연구원 전력반도체 연구센터장

[앵커]
전기차 수요가 늘면서 전 세계적으로 차량용 반도체가 품귀 현상을 겪고 있습니다. 반도체 공급 부족 문제를 해결하기 위해서는 국내 반도체 기술개발이 필요한데요.
최근 탄화규소를 이용한 전력반도체 국산화가 성공해서 '반도체 대란 해소'에 도움을 줄 것으로 보고 있습니다. 오늘 (과학의 달인)에서는 한국전기연구원 전력반도체 연구센터 방욱 센터장과 이와 관련된 이야기 나눠보겠습니다. 어서 오세요.

내연기관 차에는 반도체가 200개 정도 들어가는데, 전기차에는 그 5배인 1000개나 들어간다고 합니다. 전기차 시장이 급성장하면서 차량용 반도체 수요도 늘어나고 있는데요. 그런데 어쩌다가 품귀현상까지 나타나게 됐는지 궁금해요.

[인터뷰]
정확하게 얘기하면 반도체 전반이 부족합니다. 그중에서도 전기차에 들어가는 탄화규소 전력반도체 즉, SiC 전력반도체는 품귀 수준을 넘어서서 공급을 받을 수 있느냐 없느냐 수준입니다. 전기차 시장이 예상보다 빨리 성장했고, 코로나19 사태 이후 자동차 업계의 반도체 수요 예측 실패가 주요 원인으로 꼽히고 있는데요. 무엇보다 그동안 SiC 전력반도체에 대한 투자가 크게 이루어지지 않은 것도 문제점으로 꼽히고 있습니다.

우리나라만 해도 현재 반도체 산업이 세계 최고 수준임에도 불구하고 차량용 전력 반도체는 무려 98%를 해외에 의존하고 있습니다. 하지만 이 부분은 우리나라뿐만 아니라 전 세계적으로도 동일한 문제점을 안고 있는 부분입니다.

[앵커]
반도체는 전기차에서 '뇌'라고 불릴 만큼 없어서는 안 되는 부품인데, 이 중요한 부품을/ 대부분을 수입에 의존하고 있다는 것이군요. 이런 반도체 품귀 현상을 해결하기 위해서 '국산 반도체 기술'을 개발하는 노력이 이뤄지고 있다고 들었습니다. 센터장님께서 매진하고 있는 연구도 이런 부분이라고요?

[인터뷰]
네, 저는 SiC라는 소재를 이용한 전력반도체를 설계하고 제작 그리고 그 특성을 평가하는 연구를 수행하고 있습니다. 우선 전력반도체에 대한 간단한 설명부터 해드려야 할 것 같은데요. 전력반도체란 전기기기들이 변환할 때 쓰이는 스위치 같은 존재라고 볼 수 있습니다.

전기차의 경우 배터리에 저장된 전기를 이용하여 주행하는데요. 배터리는 전압이 낮은 직류형태로 전류를 공급합니다. 하지만 자동차의 바퀴를 움직이는 것은 모터이고, 모터는 교류형태로 전기가 공급되어야 효율적으로 동작하는데요. 이러한 경우에 인버터라고 불리는 전력변환장치가 사용되고 있으며 이 인버터를 구성하는 데 가장 핵심적인 것이 바로 전력반도체입니다.

정리하자면 배터리는 기존자동차에서 연료탱크 역할이고, 전력반도체로 만들어진 인버터는 엔진 역할이라고 볼 수 있습니다. 하지만 이렇게 전력을 변환하는 장치도 일종의 전기장치이기 때문에 전력을 많이 소모하게 됩니다. 이러한 전력손실은 전력반도체 소자가 갖는 저항성분 때문에 발생하고 그 대부분은 열로 발행됩니다. 효율을 높이기 위해서는 저항을 줄여 열 발생을 줄이고, 발생한 열을 잘 빼줄 수 있는 기술이 필요합니다. 그래서 전력반도체를 만드는 데 소재의 특성이 좋은 SiC를 주로 활용합니다.

[앵커]
모터에 전력을 적절하게 전달하는 역할을 전력 배터리가 하는데, SiC라는 소재로 전력 배터리의 효율을 높일 수 있다는 말인데요. SiC를 활용하면 얼마나 효율이 올라가나요?

[인터뷰]
전기차에 SiC 전력반도체를 활용하면 효과가 매우 좋습니다. 전력변환장치 자체의 손실 감소분이 약 5~6% 정도가 되고요. 냉각장...

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[YTN 사이언스 기사원문] https://science.ytn.co.kr/program/pro...