와이드 밴드갭 반도체의 핵심 소재인 탄화규소(SiC)는 재료 기술의 동시 발전과 고효율 전력 전자 분야의 수요 급증에 힘입어 급속한 개발 주기에 접어들고 있습니다. 높은 항복 전압, 넓은 밴드갭, 높은 열 전도율 및 낮은 스위칭 손실과 같은 우수한 특성을 가진 SiC는 전기 자동차, 재생 에너지, 전력망, 산업 시스템 및 항공기급 전력 전자 분야에서 필수 불가결해지고 있습니다.

업계는 '기술 검증'에서 규모 있는 상업화로 전환하면서 가속화된 성장을 위한 중요한 전략적 기회를 열고 있습니다.

1. 수요와 기술의 상호 강화:

SiC, 고속 개발 단계 진입**

전 세계적인 전동화, 탈탄소화 및 디지털 전력 시스템은 반도체 요구 사항을 실리콘이 지원할 수 있는 수준 이상으로 밀어붙이고 있습니다. SiC 소자(쇼트키 다이오드, MOSFET 및 전력 모듈)는 더 높은 효율, 더 작은 크기 및 더 나은 열 성능을 제공하여 다음과 같은 분야에 이상적입니다.

• EV 트랙션 인버터

• 온보드 충전기(OBC) 및 급속 충전 시스템

• 태양광 인버터 및 에너지 저장 컨버터

• 고주파 산업용 전원 공급 장치

• 전력망 변환 및 전송 장비

전기 자동차는 특히 SiC 소자 소비를 차량당 크게 증가시키는 800V 고전압 플랫폼의 채택과 함께 가장 강력한 동력으로 남아 있습니다. 한편, 재생 에너지, 에너지 저장 및 산업 자동화는 고성능 전력 전자 분야에서 SiC의 침투를 꾸준히 증가시키고 있습니다.

2. 구조적 업그레이드 전체 공급망에 걸쳐

SiC 공급망은 기판, 에피택시, 소자 제조, 패키징 및 시스템 통합을 포괄합니다. 수요가 증가함에 따라 글로벌 경쟁 환경은 더 깊은 협업과 수직 통합으로 전환하고 있습니다.

(1) 업스트림: 더 큰 기판 및 더 낮은 결함 밀도

SIC 기판은 가장 까다롭고 가치 있는 부문을 구성합니다. 업계는 4인치 및 6인치 웨이퍼에서 8인치로 이동하고 있으며, 12인치 플랫폼의 초기 개발이 진행 중입니다.

주요 돌파구는 다음과 같습니다.

• 기저면 전위 및 마이크로파이프 결함 제어 개선

• 더 큰 단결정 벌크의 안정적인 성장

• 에피택셜 층의 균일성 향상

• 웨이퍼링, 연마 및 결정 성형의 수율 향상

더 큰 웨이퍼는 암페어당 비용을 절감하고 그리드 컨버터 및 고전력 트랙션 시스템과 같은 응용 분야에서 더 높은 전압 소자를 가능하게 하는 데 필수적입니다.

(2) 미드스트림: IDM 및 공정 통합이 핵심 경쟁력이 됨

SiC 소자 제조에는 다음과 같은 분야에서 상당한 전문 지식이 필요합니다.

• 고급 MOSFET 설계(낮은 Rds(on), 고전압, 높은 신뢰성)

• 고온 이온 주입 및 활성화

• 최적화된 에피택셜 도핑 프로파일

• 금속화 및 패시베이션 기술

• 고온, 고전류 테스트 및 신뢰성 평가

IDM(Integrated Device Manufacturer) 모델(설계, 제조 및 패키징 통합)은 개발 주기를 단축하고, 수율을 개선하며, 제품 반복을 가속화하므로 주목받고 있습니다.

(3) 다운스트림 응용 분야: EV 주도, 에너지 및 산업 시장 확장

EV에서 SiC의 침투는 특히 다음과 같은 분야에서 계속 증가하고 있습니다.

• 트랙션 인버터

• 800V 급속 충전 플랫폼

• DC-DC 컨버터

• 전기 구동 시스템

자동차 외에도 새로운 고부가가치 부문에서 SiC를 빠르게 채택하고 있습니다.

• 태양광 + 에너지 저장: 더 높은 변환 효율 및 더 낮은 냉각 요구 사항

• 전력 전송: 유연한 DC 변전소, 그리드 레벨 컨버터

• 산업 시스템: 로봇 공학, 서보 드라이브, 산업용 전원 공급 장치

• 항공 우주 및 방위: 소형, 경량, 고온 작동

이러한 다양한 시나리오는 SiC의 장기적인 성장 모멘텀을 열어주고 있습니다.

3. 핵심 과제는 여전히 남아 있습니다: 기술, 비용 및 공급망 압력

강력한 모멘텀에도 불구하고 SiC 산업은 여전히 여러 구조적 장애에 직면해 있습니다.

과제 1: 높은 기술 장벽

주요 병목 현상은 다음과 같습니다.

• 대형 기판에서 전위 밀도 제어

• 균일하고 두껍고 고품질의 에피택시 달성

• MOSFET 채널 이동성 향상

• 고온 및 고전압에서 장기적인 신뢰성 향상

이러한 과제는 수율 개선을 제한하고 대규모 확장을 늦춥니다.

과제 2: 비용 절감은 여전히 시장 기대에 미치지 못함

SiC 소자는 3~5배 더 비쌉니다 실리콘 솔루션보다.
주요 이유는 다음과 같습니다.

• 기판의 높은 비용

• 8인치 생산 초기 단계의 낮은 수율

• 고가의 특수 장비(에피택시 반응기, 이온 주입 시스템)

• 생산 라인의 높은 감가상각비

비용은 중급 소비자 및 산업 응용 분야의 주요 제약 요인으로 남아 있습니다.

과제 3: 공급망 탄력성 개선 필요

일부 중요한 업스트림 장비 및 재료는 여전히 해외 공급업체에 의존하고 있으며, 특수 도구의 긴 리드 타임은 확장의 속도에 영향을 미칩니다. 보다 탄력적인 현지화된 공급망 구축은 장기적인 안정성을 위해 필수적입니다.

4. 미래 방향: 경쟁은 단일 소자에서 시스템 수준의 역량으로 전환

SiC 산업의 다음 단계는 세 가지 주요 트렌드에 의해 형성될 것입니다.

트렌드 1: 더 높은 전압, 더 높은 효율, 더 높은 신뢰성

발전은 다음과 같은 분야에 집중될 것입니다.

• 초고전압 MOSFET

• 트렌치 구조 최적화

• 저손실 에피택셜 설계

• 고열 전도성 패키징

이러한 개선 사항은 그리드 레벨 및 산업용 전력 장비에서 새로운 응용 분야를 열어줄 것입니다.

트렌드 2: 수직 통합은 핵심 경쟁 우위

고객 요구 사항이 성능, 신뢰성 및 납품 능력을 강조함에 따라, 기판에서 모듈까지의 심층적인 통합이 점점 더 중요해지고 있습니다.

비용, 수율 및 시장 출시 시간은 미래 리더를 차별화할 것입니다.

트렌드 3: 응용 분야 확장은 조 단위 시장 기회 창출

세 가지 핵심 응용 엔진이 형성되고 있습니다.

1. 전기 자동차 (트랙션 인버터, 급속 충전)

2. 전력망 변환 (유연한 DC, HVDC 시스템)

3. 에너지 저장 및 재생 에너지 (더 높은 효율의 인버터)

산업용 드라이브, 항공 전력 및 자동화 장비는 지속적인 점진적 수요를 제공할 것입니다.

5. 투자 관점: 구조적 기회가 명확해지고 있습니다.

세 가지 방향이 가장 매력적인 중장기적 기회를 제공합니다.

(1) 업스트림 기판 및 에피택시

대구경, 저결함 웨이퍼 및 고급 에피택시는 가장 결정적인 성장 부문으로 남아 있습니다.

(2) 고전압, 고전력 소자

고성능 MOSFET 및 전력 모듈에 주력하는 소자 제조업체는 에너지 및 그리드 응용 분야에서 침투율 증가의 혜택을 받을 것입니다.

(3) 시스템 수준 응용 분야

EV 플랫폼, 에너지 저장 컨버터 및 고효율 산업용 전자는 지속적인 다년간의 수요 확장을 창출할 것입니다.

결론

글로벌 SiC 산업은 초기 채택에서 가속화된 확대로 전환하고 있습니다. 재료 혁신, 생산 능력 증가 및 급속히 확장되는 응용 시나리오를 통해 SiC는 전력 전자 분야의 미래를 재편하고 있습니다.

향후 몇 년은 결정적인 기간이 될 것입니다. 재료, 소자 및 응용 분야 전반에서 시스템 수준의 리더십을 달성하는 기업이 차세대 고효율 전력 기술을 형성할 것입니다.