미래형 자동차 에너지효율 '탄화규소'로 높인다

전기차 핵심기술 탄화규소

일본 도요타 자동차의 하이브리드 자동차모델인'프리우스'는 탄화규소(SiC) 전력 반도체를 적용하며 차량의 전력손실을 80% 줄이고연비를 5% 이상 개선했다.

소재 분야의 경쟁력이 제품경쟁력으로 직결된 사례다.

전기차, 하이브리드 자동차 등 전기·전자분야에서 에너지효율을 높이는 핵심소재인 탄화규소 전력 반도체 기술이 국내에서도 꾸준하게 개발된다.

30일 특허청에 따르면 전기차, 하이브리드 자동차의 에너지효율을 개선할 수 있는 탄화규소 단결정 성장방법에 관련된 특허출원 건수는 최근 10년간 모두 117건으로, 2011년에 급격히 증가한 뒤 완만한 성장세를 보인다.

2006년 4건, 2007년 10건, 2008년 10건, 2009년 12건, 2010년 9건이 출원됐고 2011년 22건에 이어 2012년 9건으로 주춤했다가 2013년 들어 23건으로 두 자릿수 이상 꾸준했다.

전력 반도체는 전압과 전류를 조절하는 반도체로 전기차, 철도 등 전력소비가많은 다양한 기기에 사용된다.

전기차의 전력을 효율적으로 관리할 수 있는 핵심기술로, 전력 반도체 소자는실리콘(규소) 반도체가 대부분을 차지한다.

하지만 실리콘 반도체보다 전력도 줄이고, 열 발생도 적은 탄화규소 전력 반도체가 새롭게 주목받는다.

탄화규소 전력 반도체는 전기차 등에서 5% 이상의 연비 절감 효과를 내는 등 에너지 효율성도 높다.

고온·고압을 견뎌야 하는 전력 반도체나 공정 장비 부품으로 장점이 많다.

탄화규소 단결정 성장방법 출원동향을 보면 승화법 59.0%(69건), 고온기상 증착법 7.7%(9건), 용액성장법 33.3%(39건)로, 상업화 초기부터 광범위하게 사용된 승화법이 과반수를 차지한다.

승화법은 높은 성장온도에 따른 탄화규소 결정 결함제어의 어려움으로 정체추세에 있다.

용액성장법은 비교적 낮은 온도(2천100도 이하)에서 결함이 현저히 감소한 고순도·고품질의 단결정을 제조할 수 있다는 장점 덕분에 2013년부터 급격히 증가한다.

특허출원 국가는 한국(64건, 54.7%)과 일본(48건, 41.0%)이 2006년 이후 10년간 주를 이룬다.

다 출원 순위는 포스코 그룹(21건), 도요타자동차(20건, 신닛테츠스미킨과 공동출원 8건 포함), 동의대(13건), SK이노베이션(8건) 등의 순이었다.

특허청 반용병 정밀화학심사과장은 "초고순도 SiC 재료는 고난도 기술이 필요하지만, 반도체 산업을 한 단계 성장시키기 위해서는 반드시 확보해야 하는 원천소재기술"이라며 "앞으로 전기자동차·태양광용 에너지 소자나 고순도 반도체 부품 분야로의 지속적인 시장 선점을 위해 차별화된 자체기술 보유는 물론이고 지재권 확보에도 관심을 가질 필요가 있다"고 밝혔다.

yej@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>