반도체 판 흔들 중국의 야심작… 8인치 GaN 웨이퍼로 '기술 패권' 도전

중국 연구진이 차세대 반도체 기술의 혁신을 알리며 세계 최대 크기의 8인치(20.3cm) N극성 질화갈륨(GaN) 웨이퍼 개발에 성공했다고 사우스차이나모닝포스트(SCMP)가 지난 30일(현지시각) 보도했다. 이는 반도체 산업의 판도를 뒤흔들 '게임 체인저'로 평가받으며, 생산 비용을 40%나 절감해 위성 통신과 전기 자동차(EV) 분야에서 해당 기술의 글로벌 확산을 가속화할 것으로 전망된다.

GaN은 5G/6G 네트워크, 위성 통신, 자율 주행 자동차, 레이더 시스템 등 고주파·고전력 응용 분야에서 혁신적인 변화를 이끌고 있는 3세대 화합물 반도체다. 뛰어난 물리적 특성 덕분에 이미 손바닥 크기의 100W 고속 충전기를 구현했으며, 800V EV 플랫폼의 에너지 변환 손실을 5% 미만으로 줄이고 위성 통신 대역폭을 3배나 향상시키는 등 놀라운 성능을 입증했다. 업계 분석가들은 GaN 대량 생산 기술이 임계점에 도달하면 관련 산업 전반에 걸쳐 지각 변동을 일으킬 수 있다고 예측한다.

GaN의 핵심 잠재력은 결정 극성에 있다. N극성 GaN과 갈륨 극성(Ga극성) GaN이 모두 존재하지만, N극성 GaN은 성능 면에서 우위를 보인다. 그러나 까다로운 성장 조건과 복잡한 공정 때문에 그동안 전 세계적으로 2~4인치 크기의 N극성 GaN 웨이퍼가 소량으로만 생산되어 왔으며, 비용 또한 매우 높았다.


이러한 상황에서 지난 3월 22일, 후베이성 우한시에 위치한 JFS 연구소 연구팀이 실리콘 기판 위에 세계 최초로 8인치 N극성 GaN-on-insulator (GaNOI) 웨이퍼 제작에 성공했다고 발표했다. 이 혁신적인 성과는 해외 기술 독점을 깨고 웨이퍼 비용을 40% 절감하는 동시에 소자 항복 전압을 2000V까지 끌어올리는 쾌거를 달성했다.
JFS 연구소의 이번 성과는 GaN 기술 분야에서 괄목할 만한 도약으로 평가된다. N극성 GaN 웨이퍼는 전력 효율성과 주파수 성능이 뛰어나 차세대 전자기기에 필수적인 요소다. 특히 8인치 웨이퍼 생산 능력 확보는 대량 생산의 길을 열어 비용 절감과 더 넓은 응용 분야 확대로 이어질 전망이다.

기존의 N극성 GaN 웨이퍼는 주로 사파이어 기판 위에서 성장해 생산 비용이 높고 생산량에 제한이 있었다. 하지만 JFS 연구소는 실리콘 기판을 활용하여 이러한 문제점을 해결하고 생산 비용을 40%나 절감하는 데 성공했다. 이러한 비용 절감은 위성 통신 장비와 EV 인버터와 같은 GaN 기반 기술의 상용화를 더욱 앞당길 것으로 예상된다.


이번 성과는 중국이 차세대 반도체 기술 분야에서 선두를 달리고 있음을 명확히 보여준다. 그동안 N극성 GaN 웨이퍼 생산은 높은 기술적 난이도로 인해 일부 국가에만 국한되어 왔다. JFS 연구소의 혁신은 이러한 기술적 장벽을 허물고 중국이 해당 분야에서 주도적인 위치를 확보하는 데 결정적인 역할을 할 것으로 보인다.

GaN 기술은 고성능 컴퓨팅, 인공 지능, 에너지 효율적인 전력 시스템 등 미래 기술 발전에 핵심적인 역할을 할 것으로 전망된다. JFS 연구소의 이번 8인치 N극성 GaNOI 웨이퍼 개발 성공은 이러한 미래를 더욱 빠르게 현실로 만들 것으로 기대된다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com