우주방위산업 기술 국산화 속도 내는 ETRI

고성능 질화칼륨 반도체 소자 개발
'전투기의 눈' 에이사 레이더에도 적용

한국전자통신연구원(ETRI) 연구진이 자체 개발한 질화갈륨 전력소자 성능을 분석하고 있다. /ETRI 제공

과학기술정보통신부 산하 출연연구기관인 한국전자통신연구원(ETRI)이 국가전략산업으로 떠오른 우주 방위산업용 반도체 기술 개발을 확대하고 있다.

ETRI는 S대역 300W급 질화갈륨 전력 소자를 자체 기술로 개발했다고 30일 밝혔다. S대역은 2~4㎓(기가헤르츠) 주파수 대역을 말한다. 군용 레이더와 5세대(5G) 이동통신, 와이파이, 블루투스 등에 쓰는 대역이다. 질화갈륨은 출력이 높고, 신호 스위칭 속도가 빨라 고성능 전력 반도체로 쓰기에 좋은 차세대 반도체 소자다.

ETRI는 독자적인 질화갈륨 트랜지스터 구조를 설계해 전력 소자를 제작했다. 이 소자 칩을 패키징해 전력 300W, ㎜당 전력 밀도 10W 이상을 낼 수 있음을 증명했다. 현재 8.4W/㎜가량인 상용 질화갈륨 반도체 소자를 뛰어넘는 성능이다. 주요 시장조사기관 등에 따르면 질화갈륨 전력 소자 시장 규모는 지난해 1억2000만달러에서 연평균 59% 성장해 2027년 20억달러에 달할 것으로 전망된다.

ETRI 관계자는 “이번에 개발한 기술은 미국과 일본이 보유하고 있는 ‘군용 전투기의 눈’ 에이사(AESA·능동위상배열) 레이더에 적용이 가능하다”고 설명했다. 에이사 레이더는 송신부와 수신부가 반도체 기반으로 일체화된 첨단 레이더를 말한다.

앞서 ETRI는 2020년 위성방송·통신용 C대역(4~8㎓) 등에서 쓸 수 있는 질화갈륨 반도체 스위치를 국산화했다. 스위치는 전력증폭기 등과 함께 모듈 형태로 레이더 송수신부를 구성한다. ETRI는 지난해엔 질화갈륨 반도체 전력증폭기 집적회로(MMIC) 기술을 개발했다.

ETRI가 이번에 개발한 S밴드 질화갈륨 반도체 소자는 장거리 탄도미사일 요격체계(L-SAM)에도 적용할 수 있다. L-SAM은 현재 구축 중인 한국형 미사일 방어체계(KAMD)의 핵심이다. 수출 전략상품인 중거리 탄도미사일 요격체계(일명 천궁-2)와 함께 KAMD를 구성한다. LIG넥스원 등이 개발한 천궁-2는 아랍에미리트(UAE)로 수출된 데 이어 사우디아라비아에 수출을 앞두고 있다.

질화갈륨 전력반도체 분야 기술혁신형 중소기업인 RFHIC 관계자는 “국내 공정으로 300W급을 개발했다는 사실 자체는 의미가 크다”며 “AESA는 작고 고효율로 싸게 만드는 것이 관건”이라고 평가했다. ETRI와 RFHIC는 질화갈륨 반도체 개발과 관련해 협업하고 있다.

이해성 기자 ihs@hankyung.com