케이원솔루션, 초고순도 차세대 전력반도체 핵심소재 개발

케이원솔루션, 초고순도 차세대 전력반도체 핵심소재 개발 정진한 케이원솔루션 대표(왼쪽)와 김완중 기술연구소장이 미국 수출을 앞둔 산화갈륨 분말을 들어보이고 있다. 국내 중소기업 연구진이 차세대 전력반도체 핵심 소재인 산화갈륨(Ga₂O₃) 분말을 세계 최고 수준의 초고순도로 합성하는 데 성공해 미국 대형 기업에 수출을 앞두고 있다. 기존 실리콘 카바이드(SiC)를 넘어설 차세대 전력반도체 소재 시장에서 한국이 글로벌 주도권을 확보할 발판을 마련했다는 평가다. 케이원솔루션(K1 Solution)은 독자적인 불순물 제거(Purification) 방식을 통해 기존 4N(99.99%)~5N(99.999%) 수준이던 파우더 순도를 6N(99.9999%) 이상, 최고 7N(99.99999%) 수준까지 끌어올리는 데 성공했다고 24일 밝혔다. 회사 측에 따르면 JKC 등 공인기관의 ICP 분석 결과 자사의 산화갈륨은 제어하기 가장 까다로운 실리콘(Si) 농도를 0.05~0.23ppb(약 0.1ppb) 수준으로 억제하며 사실상 '제로(0)'에 가까운 극초미세 수준을 기록했다. 김완중 케이원솔루션 연구소장은 “이 같은 결과는 실리콘 농도가 수백에서 수천 ppb에 달하는 일본산(약 268ppb)이나 국내 경쟁사(약 4700ppb) 제품을 획기적으로 뛰어넘은 수치”라며 “철(Fe), 구리(Cu), 주석(Sn) 등 소자 성능에 치명적인 영향을 미치는 금속 불순물도 대부분 제로 수준으로 낮췄다”고 했다. 산화갈륨(β-Ga₂O₃)은 갈륨과 산소로 이뤄진 화합물로 차세대 초고전압 전력반도체 소재로 각광받고 있다. 핵심 경쟁력은 4.8~4.9eV에 달하는 '초광대역 밴드갭(Ultra-Wide Bandgap)'이다. 기존 실리콘 카바이드가 1200~1600V 전압을 다루는 반면, 산화갈륨은 2400~3000V 이상의 초고전압 범위에서도 안정적으로 작동한다. 절연파괴 전계 역시 약 8MV/cm로 우수해 전력 손실을 줄이고 소자 소형화가 가능하다. 이러한 뛰어난 전기적 특성 덕분에 전기차(EV) 인버터, 태양광 발전, 대규모 데이터센터 전원공급장치(ESS)는 물론 레이더 등 국방·우주 산업 분야까지 대전력 제어가 필수적인 설비에서 수요가 폭발적으로 증가하고 있다. 케이원솔루션의 차세대 전력반도체 핵심 소재인 산화갈륨(Ga₂O₃) 분말. 케이원솔루션은 올해 초 미국 대기업으로부터 테스트 요청을 받아 현재 초도 샘플 수출 포장 및 출하를 진행하고 있다. 해당 기업의 평가를 통과해 양산 적용이 확정되면 1~수 톤(t)의 대량 납품이 가능하다고 했다. 회사측은 연간 150억원에서 300억원 안팎 매출을 기대했다. 최근 모 대학 및 국내 벤처기업 등에서 웨이퍼 제조 및 연구 목적으로 100~150kg 규모의 공급을 요청한 상태다. 이에 발맞춰 케이원솔루션은 연간 200~300kg을 생산할 수 있는 인프라를 확보하기 위해, 화학물질 처리가 가능한 전문 공장 시설 구축도 준비 중이다. 정진한 케이원솔루션 대표는 “현재 전 세계 갈륨 원료의 90% 이상이 중국에서 생산되고 있어 수급과 가격 변동성의 리스크가 상존한다”면서 “원료 공급망을 쥔 중국과 양산화에 앞선 일본 사이에서 타의 추종을 불허하는 초고순도 정제 '품질'을 무기로 글로벌 시장을 정면 돌파할 계획”이며 “갈륨 원료의 안정적인 수급과 고순도 정제 기술력을 바탕으로, 한국이 일본과 중국을 넘어 차세대 화합물 전력반도체 소재 시장을 선도할 수 있도록 최선을 다하겠다”고 강조했다. 케이원솔루션에서 만든 고순도 산화갈륨 파우더는 다음주 초 미국으로 첫 출하 예정이다 이경민 기자 kmlee@etnews.com