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화합물반도체 산업동향보고서
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화합물반도체 산업동향보고서

  • 박진석
  • |
  • 비피기술거래
  • |
  • 2017-02-01 출간
  • |
  • 130페이지
  • |
  • 209 X 296 X 19 mm /854g
  • |
  • ISBN 9791187327738
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북스크린영상으로 만나보는 한 권의 책 이야기

출판사서평




서론

끊임없는 기술개발로 물질 만능의 산업시대를 거친 인류는 이제 정보 만능 시대로 들어서고 있다. 광활한 영역을 활보하는 시베리아호랑이의 움직임을 위성으로 정확히 감시하는 것과 마찬가지로, 머지않은 미래에는 지구상에 존재하는 개개인의 움직임도 초단위로 중앙 컴퓨터에 기록될지도 모른다. 특히 21세기로 들어서면서 이동통신과 광통신 기술이 폭발적으로 발전해 라디오파나 광신호를 송수신하는 수요가 급증하고 있다. 이에 따라 화합물 반도체 기술의 중요성도 새롭게 인식되고 있다.

지난 반세기동안 반도체 기반 전자소자는 급속한 기술적 진보를 이뤄냈다. D램으로 대표되는 메모리소자를 비롯한 대부분의 전자소자들이 초 소형화된 덕분에 작은 크기에 많은 정보를 담고 처리할 수 있는 스마트폰 등 전자 기기들이 생겨날 수 있었다.

하지만 이러한 고집적화에 기반한 기술은 그 크기가 10나노(nm) 미만에 다다르면서 감당하기 힘든 발열이 나타나는 등 심각한 문제점들이 나타났다.

특히 10나노 급 이하의 극 미세 공정에서는 트랜지스터의 크기를 미세화하더라도, 소자간 간격이 좁아지면서 소자 간 연결을 위한 메탈의 저항 (RC delay) 이 커지고, 발열문제도 발생했다. 천문학적 비용을 투입해 반도체 미세화를 더 진행한다고 해서 혁신적 기능 향상을 담보할 수 없는 단계에 다다른 것이다.

이 때문에 한계를 극복하고 현재 기술을 더욱 발전시킬 수 있는 새로운 소자, 특히 현재 기술을 초월하는 고집적 고효율 메모리 소자 기술이 강하게 요구되고 있다. 반도체업계는 스핀 기반 차세대 메모리 소자나 실리콘을 대체하는 3-5족 화합물반도체 등을 연구하고 있다.

화합물반도체의 경우 전력소자, LED소자, 솔라셀 소자부분에 가장 영향력 있게 사용되며 그 외에도 가전분야부터 조명 분야, 군수분야, 자동차분야, 이동통신 분야, 전력분야 등 다양하게 적용된다.

현재 화합물반도체 분야의 국내·외 연구동향과 산업동향을 살펴보기 위해 비교분석하였고 우리나라가 어느 수준에 도달해 있는지를 조사하였다.
또한 화합물반도체를 제조하는 공정과 제조하는 업체들에 대한 동향도 조사하여 최신 기술에 대해서 파악하기에 용이하도록 서술하였다.


목차


Ⅰ. 서론 1
1. 화합물반도체의 개념 2
1) 화합물반도체의 정의 2
2) 화합물반도체의 특징 3
2. 화합물반도체 분류 및 응용분야 5
1) 비소화갈륨반도체 (GaAs) 9
2) 질화갈륨반도체 (GaN) 12
3) 탄화규소 반도체(SiC) 28
3. 화합물반도체 제조공정 38

Ⅱ. 본론 44
1. 화합물반도체 전략제품 분석 44
1) 고주파 소자 44
2) LED 소자 45
3) 고속소자 46
4) 화합물반도체 소재 47
2. 화합물반도체 기술동향 49
1) 연구동향 55
2) R&D 현황분석 67
3) 특허동향 69
3. 화합물반도체 산업동향 82
1) 화합물반도체 산업 82
2) 화합물반도체 시장현황분석 및 전망 89
3) 화합물반도체 국내·외 업체동향 분석 94

Ⅲ. 결론 109

참고문헌 111

〈표 차례〉

표 1. 원소에 따른 화합물반도체의 분류 2
표 2. 화합물반도체의 주요제품 분류표 5
표 3. 웨이퍼 소재별 밴드갭 10
표 4. SiC 전력반도체 주요 업체별 개발동향 31
표 5. SiC 반도체 동향 33
표 6. 화합물반도체 소자 및 공정기술 개발 49
표 7. 전략제품별 핵심기술 50
표 8. 국내 기술개발 동향 정리 52
표 9. 세부기술에 대한 전문인력과 인프라, 제도 지원 구축 정도 53
표 10. 세계 최고기술 보유국 · 기관 및 주요 연구 내용 54
표 11. 2010년 이후 국내 기관 및 업체에서 출원한 화합물반도체 관련 특허 목록 69
표 12. 화합물반도체 중심의 연관산업(전후방산업) 구조 83
표 13. 세계 전력반도체 시장규모 (단위: 억 달러) 84
표 14. 화합물반도체 관련품목 시장현황분석 및 전망 (단위 : 억 원/백만 달러) 91
표 15. 화합물반도체 주요제품의 국내업체 현황 103

〈그림 차례〉

그림 1. 반도체의 분류 2
그림 2. 화합물반도체 종류별 특징 4
그림 3. 반도체 재료로 사용되는 주요 원소 5
그림 4. 화합물반도체 전력소자의 응용 6
그림 5. 실리콘 반도체를 대체하는 화합물반도체의 응용분야 7
그림 6. 화합물반도체의 응용분야 8
그림 7. 비소화갈륨 태양전지를 이용한 인공위성 9
그림 8. 비소화갈륨 웨이퍼 9
그림 9. 갈륨비소의 분자구조 9
그림 10. GaN 파워 트랜지스터 12
그림 11. GaN을 활용한 전력밀도 개선 가능성 13
그림 12. GaN과 실리콘 제조 공정의 유사성 14
그림 13 GaN 전력 반도체의 활용 16
그림 14. 애플리케이션 분야별 세계 GaN 반도체 시장 규모 17
그림 15. 자율주행 및 전기차를 가속화하는 AURIX 마이크로컨트롤러 TC3xx 21
그림 16. STM32H7 MCU 시리즈 24
그림 17. 후지쯔가 새로 개발한 GaN 트랜시버 칩 26
그림 18. 투명한 SiC반도체 웨이퍼(오른쪽)와 실리콘 웨이퍼 비교 28
그림 19. 전력반도체 재료의 물리적 성질 비교 29
그림 20. SiC 전력반도체 장점 및 사용효과 29
그림 21. SiC 전력반도체 활용분야 (출처: Rohm) 30
그림 22. SiC 전력반도체 시장전망(2012~2020) 34
그림 23. SiC 물질을 이용한 SBC(Shottky Barrier Diode) 반도체 소자, SiC 물질을 이용한 MOSFET 반도체 소자 35
그림 24. SiC electronics under extreme testing 36
그림 25. 실리콘 기판 화합물 반도체 제조공정 38
그림 26. 화합물반도체 제조 핵심공정 41
그림 27. Foundry Service Flow 42
그림 28. 교류자기장을 이용한 스커미온의 이동과 이를 이용한 메모리 소자 개념도 55
그림 29. 스핀 소용돌이 ‘스커미온’ 구조. a,b는 3차원 이미지이고 c는 2차원 이미지로 일종의 평면도 56
그림 30. 실리콘 상 III-V족 화합물 반도체 층 제조 공정 모식도, 출처: KIST연구팀 57
그림 31. 한국과학기술연구원(KIST) 차세대반도체연구소가 개발하는 3-5족 화합물반도체 58
그림 32. 화합물 반도체 LED의 조명 효율 발전 추이 60
그림 33. 백색 LED 구현 방법 61
그림 34. 태양전지 중장기 가격경쟁력 비교 63
그림 35. 삼중접합 태양전지의 구조 64
그림 36. 실리콘 태양전지와 삼중접합 태양전지의 광흡수대역 비교 64
그림 37. 나노소자특화팹센터가 제작한 InGaP/GaAs 이중접합 구조의 태양전지 65
그림 38 나노과학기술 저변확대와 청소년 미래진로체험을 위한 나노 STEM 교육 기부 사업 87
그림 39. 2010-2017 화합물반도체 매출 89
그림 40. 화합물반도체 웨이퍼의 시장규모 92
그림 41. 스미토모화학 화합물반도체 기판 96
그림 42. NGK가 생산하는 웨이퍼 97
그림 43. 루비콘 테크놀로지 광고 사진 98
그림 44. GaAs 웨이퍼의 시장규모 101
그림 45. 중국 Nanowin GaN기판, 자료: Nanowin 102
그림 46. GaN 디바이스를 활용한 LDs, 자료: Nanowin 102
그림 47. 루멘스의 마이크로 LED 디스플레이 모듈. 이 작은 디스플레이 안에 92만개가 넘는 LED칩이 배치돼 있다. 107
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