반도체는 보통 실리콘(Si)으로 만드는 것으로 알고 있습니다. 그런데 여기에 탄소가 첨가된 이른바 ‘실리콘 카바이드’로 불리는 SiC로 만드는 반도체가 있다고 하네요. 최근에 중국에서는 12인치 SiC 반도체 웨이퍼를 공개했다고 하는데요. 같이 알아봅시다.
SiC 반도체란?
SiC는 실리콘(Si)과 탄소(C)로 구성된 화합물 반도체 재료입니다. 이는 기존의 실리콘 반도체 이후 개발된 첨단 산업용 반도체 구조로, 특징을 정리해 보면 다음과 같습니다.
1. 고온, 고전압 환경에 강합니다.
- 에너지 밴드 갭이 Si의 3배인 3.2eV로, 고온에서도 잘 작동합니다.
- 절연파괴전계값이 Si의 10배로 높아 고전압(수천볼트)에서도 안정적으로 작동합니다.
2. 우수한 열 특성
- 열전도도가 Si의 4배로 높아 300도 이상의 고온에서도 잘 견딥니다.
3. 에너지 효율성
- 전력 변환 및 전송 시 에너지 손실을 줄일 수 있습니다.
이러한 특성으로 인해 전기차, 항공, 우주 분야에 사용되는 반도체로 사용되고 있습니다. 특히 전기차의 PCU(Power Control Unit)와 인버터에 많이 사용됩니다.
SiC 반도체 시장은 빠르게 성장하고 있으며, 2026년까지 53.2억 달러 규모로 성장할 것으로 예상됩니다. 단, 가격이 일반 반도체보다 10배 정도 비싸기 때문에 특정분야에서 사용하는 특수 반도체로 취급되고있습니다.
일반적인 반도체와의 차이점
1. 물리적 특성
- SiC는 일반 반도체보다 밴드갭이 3배 넓어 고온에서도 반도체 성질을 유지합니다.
- 절연파괴전계가 일반 반도체보다 10배로 높아 고전압에서도 안정적으로 작동합니다.
- 열전도도가 일반반도체보다 3~4배로 높아 열 관리에 유리합니다.
2. 성능
- 고온, 고전압, 고주파 환경에서 더 우수한 성능을 보입니다.
- 전력 변환 및 전송 시 에너지 손실이 적어 효율성이 높습니다.
3. 구조
- SiC는 실리콘과 탄소의 화합물로, 다이아몬드 다음으로 단단한 물질입니다.
- 같은 성능을 내는 데 필요한 두께가 실리콘 보다 10배나 얇아 소형화가 쉽습니다.
4. 제조 공정
- 일반 반도체와 유사하지만 몇가지 추가 공정이 있어 복잡하고 비용이 높습니다.
중국의 12인치 웨이퍼 공개
중국의 SiC 웨이퍼 전문기업인 SICC는 ‘세미콘 유럽 2024′에서 업계 최초로 12인치 SiC웨이퍼를 공개했습니다. 일반적으로 SiC반도체는 6인치 웨이퍼가 일반적이며, 일부 선도 기업에서도 8인치 웨이퍼를 사용하는 상황에서 12인치 웨이퍼의 공개는 매우 큰 기술적 도약으로 볼 수 있습니다.
중국은 정책적으로 SiC 반도체 개발에 지원을 하고 있으며, 대표기업인 SICC는 2022년 대비 804%의 매출 성장률을 기록하며 기술력과 시장성 모두에서 유의미한 성과를 보여주고 있습니다.
12인치 웨이퍼가 주는 이점에 대해 알아보겠습니다.
- 생산 효율성: 12인치 웨이퍼는 더 큰 면적을 가지고 있어, 동일한 공정으로 더 많은 반도체 칩을 생산할 수 있습니다. 이는 생산 단가를 낮추고, 대량 생산에 유리합니다.
- 자동화 현대화: 12인치 웨이퍼 공정은 자동화된 설비에서 주로 운영되며, 이는 생산 과정의 효율성과 안정성을 높입니다. OHT(Overhead Transport) 시스템을 통해 웨이퍼를 자동으로 이동시키고, 원격 제어가 가능하여 인력 부담을 줄입니다.
- 고성능 반도체 적용: 12인치 웨이퍼는 주로 고성능 CPU, GPU 및 메모리 반도체와 같은 첨단 IT 기기에 사용됩니다. 이는 고성능 반도체 시장에서 경쟁력을 높이는 데 기여합니다.
- 시장 성장 가능성: 국제반도체장비재료협회(SEMI)에 따르면, 12인치 웨이퍼의 생산 능력이 앞으로 연평균 10%씩 성장할 것으로 예상되고 있습니다. 이는 전력 반도체와 차량용 반도체 수요 증가에 힘입은 것입니다.
- 경쟁력 있는 기술 개발: 12인치 웨이퍼의 생산 능력을 갖춘 기업은 기술적 우위를 점할 수 있으며, 이는 글로벌 시장에서의 경쟁력을 강화하는 요소가 됩니다.
맺음말
SiC는 일반적인 반도체보다 더 열악한 환경에서 사용이 가능하므로 전기차, 항공기, 우주산업 등 앞으로 그 수요가 더욱 많아질 것으로 예상됩니다. 이런 상황에서 중국이 12인치 웨이퍼 생산에 한발 앞서가는 모습을 보여준 것은 중국의 반도체 굴기가 의미있는 성과를 보여주는 것이라고 생각합니다. 반도체나 첨단 기술 분야에 관심이 있는 투자자라면 이러한 시장의 변화에 대해 민감하게 모니터링해야 할 것입니다.