전투기 레이더 부품소재 국산화 성공

전자통신연구원, 세계적 수준 고출력 질화갈륨 전력소자 개발
미국·일본만 보유한 전투기용 에이사 레이더에도 적용 가능

ETRI 연구진이 개발한 S대역 300W 질화갈륨 전력소자를 성능검증하는 모듈. ETRI 제공

[파이낸셜뉴스] 한국전자통신연구원(ETRI)은 세계적 수준의 'S-대역 300와트(W) 급 질화갈륨 전력 소자' 개발에 성공했다고 21일 밝혔다. ETRI는 질화갈륨 전력 소자 기술 개발을 이뤄냄으로써 반도체 소재의 해외 의존도를 낮추고 기술격차를 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다.

질화갈륨 전력 소자는 주로 군사용 레이더, 고주파용 통신시스템이나 전기자동차용 전력 시스템 등에 사용된다. 특히 이 기술은 미국과 일본만 보유하고 있는 기술로 전투기 에이사(AESA) 레이더 부품으로 쓰이고 있다.

ETRI 연구진은 질화갈륨 전력 소자 설계부터 공정과 측정, 패키징까지 모두 순수 국내기술로 개발했다.

ETRI 강동민 RF·전력부품연구실장은 "고출력 질화갈륨 반도체 전력소자 기술이 반도체 핵심부품 국산화에 기여해 반도체 산업 경쟁력을 높이고 반도체 소재의 해외 의존도를 줄이는 데 도움이 될 것"이라고 말했다.

시장조사기관 욜 디벨롭먼트에 따르면, 질화갈륨 전력소자 시장은 지난해 1억2000만 달러에서 연평균 59%씩 성장해 2027년에는 관련 시장 규모가 20억 달러에 달할 것으로 예측하고 있다.

ETRI 연구진이 광학현미경을 통해 S대역 300W 질화갈륨 전력소자를 분석하고 있다. ETRI 제공

질화갈륨은 반도체 소자로 쓰이는 실리콘(Si)에 비해 고전압에서 성능이 월등하게 앞선다. 이 때문에 주로 군 레이더 장비에 쓰이며, 민간에서는 5G 이동통신, 와이파이(WiFi), 블루투스 통신 등에 활용된다.

ETRI는 고출력과 고효율을 동시에 만족시키는 질화갈륨 고전자이동도 트랜지스터(HEMT) 구조를 설계해 질화갈륨 전력 소자를 만들었다. 이 전력 소자 칩을 패키징해 출력전력 300W, 전력밀도 10W/㎜ 이상의 질화갈륨 반도체 소자 성능을 검증했다.

연구진은 "해외에서 만든 질화갈륨 반도체 소자는 전력밀도가 약 8.4W/㎜ 수준으로, 우리가 만든 소자 성능이 월등하다"고 설명했다.

연구진은 향후 질화갈륨 반도체 소자의 출력을 강화하는 한편, 5G 28GHz 대역의 주파수로의 확장을 위한 후속 연구를 추진할 계획이다.

또한 국방 레이더·통신, 6G 차세대 이동통신 등 반도체 핵심부품의 국산화에도 힘쓸 예정이다.

[e-mail] 김만기 기자