일본산업뉴스요약

파워반도체 트랜지스터 개발
정통기구 등, 산화갈륨으로 양산에 적합한 기술 개발

정보통신연구기구와 도쿄농공대학의 연구팀은 높은 전압에서 사용되는 파워반도체에서 차세대 재료로 기대를 받고 있는 산화갈륨을 사용하여 실용적인 트랜지스터를 개발하였다. 양산에 적합한 이온 주입이라는 제조기술을 채용하여 소자로서 동작하는 것을 확인하였다. 산업 응용을 위한 연구에 탄력이 붙을 것으로 기대된다.

도쿄농공대학의 구마가이(熊谷) 교수 연구팀은 산화갈륨 기판을 제작, 정보통신연구기구의 그린ICT디바이스첨단개발센터에서 트랜지스터를 시작(試作)하였다. 약 5㎛(마이크로는 100만분의 1) 두께의 산화갈륨층에 질소 이온을 주입하는 새로운 방법을 사용하여 트랜지스터로서 동작하는 구조를 만들었다. 성능도 확인하였다.

트랜지스터에는 전자가 많은 ‘n형’과 정공이 많은 ‘p형’이 있으며 이들 구조를 정밀하게 구분하여 만들 필요가 있다. 산화갈륨은 p형의 제작이 어려워 다양한 방법이 시도되어 왔다. 산화갈륨으로 트랜지스터를 시작한 예는 있지만 열을 가하여 박막 결정을 성장시키는 방법과 에칭을 반복해야 하기 때문에 수고가 많이 들었다.

그린ICT디바이스첨단개발센터는 실리콘에서 사용되는 일반적인 제조기술이 아니면 실용화가 불가능하다고 판단, 이온 주입으로 n형과 p형 구조를 만드는 방법을 검토하고 있었다. 사용하기 불편한 특성 등 과제는 남아 있지만 실용성을 전망할 수 있게 되었다고 보고 있다.

1,000볼트 이상의 높은 전압으로 큰 전류를 흘러 보내는 반도체 소자에는 내구성이 높은 탄화규소를 이용하기 시작, 질화갈륨의 응용을 목표한 연구도 활발하다. 그러나 이 2개의 재료는 큰 결정을 만들기 어렵고 가격이 비싸진다는 과제가 있다. 산화갈륨은 실리콘과 같은 단결정 제조가 가능하며 저가의 파워반도체 재료로서 주목도도 높아지고 있다.

전차나 전기자동차의 제어기기, 빌딩의 배전 시설 등에서는 현재, 실리콘 반도체를 고전압∙대전류에 견딜 수 있도록 회로를 연구하여 사용하고 있다. 파워반도체로 대체하면 기기를 소형화하여 소비전력도 삭감할 수 있기 때문에 앞으로 대체가 활발해질 것으로 보고 있다.

▶파워반도체
컴퓨터나 정보기기의 CPU(중앙연산처리장치), 메모리 등의 대규모집적회로(LSI)에 사용되는 반도체는 연산이나 기억 등을 담당한다. 파워반도체는 전력 제어나 공급이 주된 일이다. 교류를 직류로 하거나 전압을 올리거나 내려 모터 구동, 배터리 충전 등을 한다. 원래 실리콘제가 주류였지만 탄화규소나 질화갈륨과 같은 화합물 반도체가 등장. 전력 손실을 대폭으로 줄이고 장치가 소형화되었기 때문에 차츰 대체되기 시작하였다. 산화갈륨은 이 2개를 잇는 차세대 재료로 불린다.

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