일본산업뉴스요약

NICT 첨단 연구 (41)
새로운 반도체, 밴드 갭(Band gap)이 큰 산화갈륨 실용화
히가시와키 마사타카(東脇 正高)/정보통신연구기구∙미래ICT연구소 그린CT디바이스첨단개발센터장

▶ 프로필: 1998년 오사카대학 기초공학박사 후기 과정 수료. 일본학술진흥회 PD를 거쳐 2000년 연구소에 입소. 2014년부터 현직에서 근무하고 있다. 산화갈륨 연구 개발의 세계적 흐름을 만든 장본인으로, 선두에서 견인하고 있다. 2015년 일본학술진흥회상 수상. 공학 박사.

현재 주류의 실리콘(Si)디바이스는 이미 그 성능이 한계에 직면, 앞으로 큰 폭의 개선은 어렵다고 할 수 있다. 이 때문에 특정 용도마다 Si보다 재료적으로 우수한 다른 반도체 재료를 선택해 그 재료의 특성을 살리기 위한 디바이스 개발이 활성화되고 있다.

우리 연구센터에서는 산화갈륨이라는 새로운 반도체를 세계 최초로 찾아내 이를 이용한 트랜지스터, 다이오드 등 전자 디바이스 개발을 추진하고 있다. 산화갈륨의 재료 합성 자체는 50년 이상 전에 보고된 적이 있음에도 불구하고 산화갈륨은 지금까지 그다지 주목 받지 못하고 거의 이용된 적도 없는 반도체였다. 산화갈륨이 가진 반도체 재료로서의 매력은 매우 큰 밴드 갭을 가지고 있다는 것이다.

밴드 갭은 각각의 반도체 특성을 결정하는 가장 기본적인 재료의 특성으로, 일반적으로 그 값이 큰 재료일수록 하이파워 용도로, 반대로 밴드 갭이 작은 재료일수록 고속, 고주파 용도에 적합하다. 이 때문에 산화갈륨의 응용 분야로는 큰 에너지 절약 효과를 가진 변압 및 직류∙교류 변환 등에 이용되는 고내압, 대전류 파워디바이스와 휴대전화 기지국 등에서 이용되는 고주파, 고출력 무선통신 디바이스 등이 있다.

그 밖에도 극한의 환경에서의 일렉트로닉스라고 불리는 고온, 다습, 방사선 아래 등, 일반적인 반도체 디바이스의 이용이 상정되지 않은 가혹한 환경에서의 디바이스∙회로 응용도 유망하다. 또한 산화갈륨은 대구경 기판을 저렴하고 간편하게 제조할 수 있다고 하는 산업 상 대단히 중요한 장점도 가지고 있다.

고전압, 대전류 파워디바이스에서는 대전류를 면적을 통해 확보하기 때문에 사이즈가 클 수 밖에 없다. 그 결과 기판 제조 비용이 디바이스 제조 전체에서 큰 비중을 차지해 기판 가격은 그대로 제품 가격으로 직결된다.

연구센터에서는 산화갈륨 디바이스 개발을 대학, 기업 등과 연대해 추진하고 있다. 또한 지금까지 개발해온 기술의 일부는 이미 벤처기업에 제공하기 시작하는 등, 산화갈륨 디바이스의 본격적인 산업화를 위한 일보를 내딛고 있다.

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