'3세대 반도체' 내년부터 본격 성장…"SiC·GaN 등 신소재 주목"

▲컴퓨터 회로판에 반도체가 보인다. 로이터연합뉴스

내년 반도체 업계에서 탄화규소(SiC·실리콘 카바이드)와 질화갈륨(GaN) 등 신소재를 활용한 '3세대 반도체 기술'이 본격적으로 성장할 것이란 전망이 나왔다.

연합뉴스에 따르면 16일 대만 시장정보업체 트렌드포스가 내년 10대 기술 산업 트렌드 중 하나로 3세대 반도체의 부상을 꼽았다. 기존 전력 반도체는 주로 실리콘(Si) 소재로 만들어졌는데, 최근에는 전력 효율과 내구성을 극대화한 SiC와 GaN 등 신소재를 기반으로 한 차세대 전력 반도체가 주목받고 있다는 설명이다.

트렌드포스는 SiC와 GaN을 활용한 전력 기기 시장이 오는 2026년까지 5년간 연평균 성장률이 각각 35%, 61%에 이를 것으로 내다봤다.

트렌드포스는 "800V 전기차, 고전압 충전, 고효율 그린 데이터센터 등의 급부상으로 SiC와 GaN 부품은 가파른 성장 단계에 접어들었다"며 "2023년을 앞두고 더 많은 자동차 업체가 메인 인버터에 SiC 기술을 도입할 것"이라고 예상했다.

이 업체는 "GaN은 고출력 에너지 저장장치, 데이터센터 등으로 활용 분야가 넓어지고 있다"며 "삼성전자는 올해 첫 GaN 45W 초고속 충전기를 출시하며 시장 열기를 끌어올렸다"고 덧붙였다.

파운드리(반도체 위탁생산) 공정에서 반도체 트랜지스터 구조 기술이 전환기를 맞을 것이란 전망도 나왔다.

반도체를 구성하는 주요 소자인 트랜지스터 공정 기술은 평면 구조인 평형(Planar) 방식에서 3차원 구조의 핀펫(FinFET) 방식으로 발전했다.

트렌드포스는 "7나노(㎚·10억분의 1m) 공정 개발과 극자외선(EUV) 리소그래피 기술 도입 이후 핀펫 구조는 3나노 노드에서 물리적 한계에 부딪혔다"며 "이후 업계의 두 선두주자(삼성전자·TSMC)가 다른 길로 갈라섰다"고 설명했다.

대만 TSMC는 올해 핀펫 기술을 적용한 3나노 양산을 시작한다. 내년 상반기에 정식 출시하는 3나노 제품에 핀펫 구조를 계속 활용할 예정이다.

반면 삼성전자는 기존 핀펫 기술 대신 세계 최초로 GAA(Gate-All-Around) 기술을 적용한 3나노 파운드리 공정 양산을 지난 6월 공식 발표했다.

트랜지스터는 전류가 흐르는 채널과 채널을 제어하는 게이트로 나뉜다. GAA는 전류가 흐르는 통로인 채널 아랫면까지 모두 게이트가 감싸 핀펫보다 전류 흐름을 더욱 세밀하게 제어하는 기술이다.

이에 더해 삼성전자는 채널을 얇고 넓은 모양의 나노시트(Nanosheet) 형태로 구현한 독자적 MBCFET(다중가교채널 트랜지스터) 구조를 GAA 기술에 적용한다.

트렌드포스는 내년 기술 트렌드로 △200층 이상의 낸드플래시 적층 경쟁 △자율주행차용 MLCC(적층세라믹콘덴서) 개발 가속 △전기차 보조금 축소에 따른 배터리 경쟁 격화 △마이크로 LED 활용 다각화 △5G 스마트폰 보급률 60%로 확대 등을 선정했다.