임종원 국가과학기술연구회 DMC융합연구단장
![[기고] 국방 반도체 국산화 시급하다](http://contents.dt.co.kr/images/202009/2020090402102369607001[1].jpg "[기고] 국방 반도체 국산화 시급하다")
우리나라는 지난해 일본의 반도체·디스플레이 분야 3개 품목 한국 수출규제 및 백색국가 배제로 반도체·디스플레이 관련 핵심 소부장 수급에 어려움을 겪은 바 있다. 아울러 2014년에는 구매한 미국산 F-35A 전투기의 능동위상배열(AESA) 레이더 등 4개 핵심기술 이전을 거부당한 적이 있는데, 능동위상배열 레이더의 핵심 부품이 반도체 첨단부품이다. 이렇듯 반도체 관련 핵심기술이나 첨단부품은 기술 보유국의 수출규제나 보호가 갈수록 심화 되고 있어 산업 자립화를 위해 이들 핵심기술 및 첨단부품 국산화 플랫폼 구축은 시급하다.
레이더란 전자파를 대상물을 향해 발사해 그 반사파를 측정하여 대상물까지 거리나 형상을 측정하는 장치다. 전투기, 항공기, 선박, 기상관측 등에 필수적으로 사용된다. 군수 레이더의 경우 감시와 정찰 임무 등을 수행한다. 전자식 레이더인 AESA 레이더의 경우 안테나는 신호의 크기와 위상 변화를 통해 표적 물체의 정보를 확보, 탐지범위와 거리가 증대되는 효과가 있어 최첨단 무기의 핵심으로 불린다. AESA 레이더의 핵심 구성요소는 반도체 송수신기 모듈, 위상 변위기 및 복사소자로 구성되며 반도체 송수신기 모듈의 경우 고출력 전력증폭기 등이라 할 수 있다.
반도체 고출력 전력증폭기는 개별 반도체 전력 증폭 소자를 배열, 결합해 구현하거나 반도체 기판 상에 전력증폭 소자와 저항, 커패시터 및 인덕터 등 수동소자를 동시에 사용, 전력증폭기 집적회로(MMIC) 형태로 만들어 개별 전력증폭기 MMIC의 배열, 결합 등으로 이뤄진다.
반도체 고출력 전력증폭기에 사용되는 반도체 전력증폭 소자는 고전압에서 동작이 가능하고 높은 전력 밀도를 낼 수 있는 고출력·고효율의 특성을 갖추어야 한다. 이에 부합되는 반도체 소재가 바로, 질화갈륨(GaN)이며 이를 이용한 반도체 소자가 질화갈륨 전력증폭 소자이다. 질화갈륨 트랜지스터와 수동소자를 동시에 집적하여 만든 반도체 전력증폭기가 질화갈륨 전력증폭기 집적회로인 셈이다.
질화갈륨 전력증폭 소자나 질화갈륨 전력증폭기 집적회로는 보통 탄화규소(SiC) 기판 상에 만들어지는데 화합물반도체 기반의 공정 장비와 시설, 고출력 질화갈륨 전력증폭 소자 및 집적회로 제작 기술을 보유하고 있어야 한다. 세계적으로 이러한 회사는 손꼽을 정도다. 이들 파운드리 제공 회사에 의뢰해 국방 관련 반도체 전력 증폭 소자나 전력증폭기 집적회로를 제작할 경우 해당 국가의 수출규제로 제작은 불가능한 상황이다.
연구진은 국가과학기술연구회의 융합연구단 사업의 일환으로 ETRI를 주관기관으로 나노종합기술원, 기계연구원 등과 함께 국방 레이더 등 국방 반도체 첨단부품의 국산화를 위해 질화갈륨 기반의 전력증폭기 집적회로 플랫폼을 만들 계획이다. 먼저, 질화갈륨 상용 파운드리 회사의 자료들을 분석, 파운드리 구축에 필요한 목록과 파운드리에서 제공해야 할 각 소자별 파라미터와 스펙들을 정의코자 한다. 이를 통해 국방 레이더의 반도체 고출력 전력증폭기에 필요한 개별 전력증폭기 집적회로를 설계하고 제작해 성능 검증을 수행할 계획이다. 플랫폼 구축을 위한 반도체 전력증폭 소자와 집적회로들은 온도시험, 수명시험 등 신뢰성 시험을 거쳐 신뢰성을 구축해 질화갈륨 기반 전력증폭 소자와 수동소자 개발과 병행해 이들 소자들을 상용 설계 소프트웨어에 탑재함으로써 반도체 전력증폭기 집적회로를 설계할 수 있도록 환경을 구축하고자 한다.
국방 핵심기술이나 첨단부품의 수출규제나 기술 보호 장벽이 날로 더해가는 추세에 대응해 국방 반도체 부품의 국산화를 위한 질화갈륨 기반의 전력증폭기 집적회로 플랫폼 구축은 국방 핵심부품 자립화는 물론 민간 산업 발전에도 마중물이 될 것이다.
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