미래형 자동차 에너지 효율, 탄화규소로 높인다

일본 도요타자동차의 하이브리드 자동차모델인 ‘프리우스는 탄화규소(SiC) 전력반도체를 적용해 차량의 전력손실을 80% 줄이고 연비를 5% 이상 개선했다. 소재분야의 경쟁력이 제품경쟁력으로 직결된 사례다.
현재 전력반도체 소자는 실리콘(규소) 반도체가 대부분을 차지하고 있다. 실리콘반도체 대비 전력도 줄이고, 열 발생도 적은 탄화규소 전력반도체가 새롭게 주목받고 있다. 탄화규소 전력반도체는 전기차 등에서 약 5% 이상의 연비 절감 효과 등 에너지효율성도 높다. 고온·고압을 견뎌야 하는 전력반도체나 공정장비 부품으로 장점이 많다. 전기차, 하이브리드 자동차 등 전기·전자분야에서 에너지효율을 높이는 핵심소재인 탄화규소 전력반도체 기술이 국내에서도 꾸준하게 개발되고 있다.
30일 특허청에 따르면, 전기차, 하이브리드 자동차의 에너지 효율을 개선할 수 있는 ‘탄화규소(SiC) 단결정 성장방법에 관련된 출원 건수가 최근 10년간 총 117건이며, 2011년 이후 급격히 증가한 이후 완만한 성장세를 보이는 것으로 집계됐다.
탄화규소 단결정 성장방법에 대한 특허 출원은 지난 2006년 4건, 2007년 10건, 2008년 10건, 2009년 12건, 2010년 9건이 출원됐다. 2011년은 22건, 2012년 9건, 2013년 23건으로 두자릿수 이상 꾸준하게 출원되고 있다.

탄화규소 단결정 성장방법 출원동향을 살펴보면, 승화법 59.0%(69건), 고온기상증착법 7.7%(9건), 용액성장법 33.3%(39건)로 나타나고 있으며, 상업화 초기부터 광범위하게 사용되고 있는 승화법이 과반수 이상을 차지하고 있다. 국가별로는 한국(64건, 54.7%)과 일본(48건, 41.0%)이 지난 10년(06~15)간 주를 이루고 있다. 다출원 순위는 포스코그룹(21건), 도요타자동차(20건, 신닛테츠스미킨과 공동출원 8건 포함), 동의대(13건), SK이노베이션(8건) 등 순으로 조사됐다.
반용병 특허청 정밀화학심사과장은 초고순도 탄화규소 재료는 고난이도 기술을 요구하지만, 반도체 산업을 한 단계 성장시키기 위해서는 반드시 확보해야하는 원천소재기술”이라며 향후 전기자동차·태양광용 에너지 소자 및 고순도 반도체 부품 분야로의 지속적인 시장선점을 위해서 차별화된 자체기술보유는 물론이고 지재권의 확보에도 관심을 가질 필요가 있다”고 말했다.
[원호섭 기자]