GaN (transistor GaN) vs SiC (transistor SiC) 반도체 비교

차세대 전력 반도체 기술의 중심에는 GaN(Gallium Nitride)과 SiC(Silicon Carbide)가 있습니다. 두 기술은 기존 실리콘(Si) 대비 효율과 내열성에서 뛰어나며, 전기차, 서버, 5G, 재생에너지 등 다양한 분야에서 각광받고 있습니다.

GaN과 SiC 반도체의 기본 개념

GaN과 SiC는 모두 와이드밴드갭(Wide Bandgap) 소재로, 고전압, 고온, 고주파 환경에서 안정적으로 동작합니다. 이들은 기존 Si 기반 MOSFET을 대체하며 전력 변환 효율을 극대화합니다.

항목GaN 트랜지스터SiC 트랜지스터

GaN은 스위칭 손실이 낮아 고주파 컨버터에 적합하며, SiC는 높은 전력과 전압을 처리할 때 안정성이 뛰어납니다. 예를 들어, Infineon의 SiC MOSFET은 1200V 이상의 전압에서 효율 98% 이상을 달성합니다.

반면, NXP와 같은 기업들은 GaN을 이용해 5G 기지국용 RF 증폭기에서 30~40%의 전력 효율 향상을 보고하고 있습니다.

SiC는 600°C 이상의 고온에서도 안정적으로 동작할 수 있는 반면, GaN은 약 400°C 수준에서 한계가 있습니다. 따라서 전기차 인버터나 산업용 모터 구동 회로에서는 SiC가 주로 채택됩니다.

GaN은 열전도도가 낮지만 패키징 기술(예: GaN-on-Si, GaN-on-SiC)을 통해 발열 문제를 개선하고 있습니다.

응용 분야적합 소재이유

SiC 웨이퍼는 생산 공정이 복잡하고 원자재 비용이 높아 GaN보다 비쌉니다. 그러나 최근에는 대구경 웨이퍼(200mm SiC)의 양산이 확대되며 단가가 점차 하락하고 있습니다.

GaN은 기존 Si 웨이퍼 위에 성장시킬 수 있어 비용 측면에서 유리합니다. 덕분에 GaN 기반 충전기나 노트북 전원 어댑터가 빠르게 보급되고 있습니다.

GaN과 SiC 모두 전력 반도체 시장의 핵심 기술로 성장 중입니다. SiC는 자동차와 산업용 고전압 응용에서, GaN은 소비자 전자제품과 통신 분야에서 빠르게 확산되고 있습니다.

시장조사기관 Gartner에 따르면, 2030년까지 GaN/SiC 전력반도체 시장은 연평균 25% 이상 성장할 것으로 전망됩니다.

GaN은 고속 스위칭에 강점이 있고, SiC는 고전압·고전류 처리 능력이 우수합니다.

고전압 구동 환경에서는 SiC가 더 효율적입니다. 하지만 DC/DC 컨버터나 온보드 충전기에는 GaN도 활용됩니다.

열전도성이 낮고, 고전압 대형 응용에는 아직 한계가 있습니다. 그러나 소형·고속 응용에는 탁월한 성능을 발휘합니다.

GaN과 SiC 반도체는 각각의 특성과 장단점이 뚜렷합니다. GaN은 고속·고주파 응용에, SiC는 고전력·고온 환경에 적합합니다. 두 기술은 상호 보완적인 역할을 하며, 전력전자 산업의 혁신을 이끌 핵심으로 자리 잡고 있습니다.

향후 기술 발전에 따라 하이브리드 구조의 GaN-on-SiC 소자가 등장하며, 전력 변환 효율은 더욱 향상될 것입니다.