탄화규소(SiC)와 질화갈륨(GaN)은 전력 전자기술에 혁명을 일으킨 와이드 밴드갭 반도체이다. SiC는 높은 열전도도, 높은 전압 허용 범위, 효율성을 제공하여 전기 자동차 (EV) 및 재생 에너지 시스템과 같은 고전력 애플리케이션에 이상적이다.
반면 GaN은 고주파 작동에 뛰어나며 가전제품과 통신에 일반적으로 사용된다. 두 소재 모두 시스템이 더 높은 전압과 온도에서 작동할 수 있게 하여 성능과 에너지 효율을 개선해준다.
이러한 특징으로 인해 전기 자동차(EV)를 비롯해 태양광 및 풍력과 같은 재생 에너지원 뿐 아니라 여러 분야에서 효율적인 전력 관리 솔루션으로 자리잡고 있다. 자동차, 통신 및 산업 자동화 분야에서도 이러한 고급 반도체를 채택함에 따라 이 시장은 계속 확대될 것으로 예상된다.
3.26eV 의 밴드갭을 가진 SiC 소자는 실리콘 보다 더 높은 전기장을 견딜 수 있어 스위칭 손실을 줄이고 효율을 개선해준다. 이 특성은 SiC 소자가 더 가볍고 효율적인 전력 전자 시스템 에 기여하는 전기 자동차에서 특히 유용하다 .
이와는 반대로 GaN 전력 반도체는 뛰어난 효율성과 소형 크기로 인해 주목을 받고 있는데 더 높은 전력 밀도와 더 빠른 스위칭 속도가 가능하다. GaN은 약 3.4eV 의 더 넓은 밴드갭을 가지고 있어 시스템이 더 높은 전압에서 작동하게 한다.
두 기술을 비교할 때, SiC 소자는 일반적으로 1,200V를 초과하는 더 높은 전압 정격을 처리하는 반면, GaN 소자는 600V 와 900V 사이의 전압 정격으로 고주파 애플리케이션에서 탁월하다 .
두 소재 모두 다양한 분야에서 에너지 효율성을 높이는 데 중요한 역할을 한다. 예를 들어, 데이터 센터에서 GaN 기술을 사용하면 에너지 소비를 최대 30% 까지 줄일 수 있는데 이는 시간이 지남에 따라 상당한 비용 절감으로 이어진다.
특정 응용 분야에서 SiC 소자는 전기 자동차에서 점점 더 많이 사용되고 있다. SiC 기술을 채택하면 기존 실리콘 소자에 비해 EV 파워트레인의 효율성을 최대 20% 까지 개선할 수 있다는 추정도 나와 있다. 재생 에너지 부문도 SiC 기술의 혜택을 받고 있다. SiC 기반 인버터는 98%를 초과하는 효율성을 달성할 수 있는데 이는 태양광 패널의 에너지 출력을 극대화하는 데 필수적이다.
성능 면에서 GaN 트랜지스터는 일반적으로 100kHz 미만에서 작동하는 기존 실리콘 소자와 비교하여 최대 1MHz 이상의 주파수에서 스위칭할 수 있다. 이 기능을 통해 전력 변환기 및 증폭기에서 더 작은 수동 부품들과 더 가벼운 전체 설계가 가능해진다. 게다가 GaN 기술은 100W/in³를 초과하는 전력 밀도를 가능하게 하는데 , 이는 실리콘 대안보다 상당히 높은 수치이다.
글로벌 SiC 및 GaN 전력 반도체 시장은 2024년 16억 7천만 달러에서 2034년 약 421억 달러 규모로 성장할 것으로 예상된다. 이 수치는 또한 2025년에서 2034년까지 예측 기간 동안 연평균 성장률 9.70% 로 성장할 것으로 보인다.
시장조사기관인 market.us가 분석한 자료에 의하면 2024년에 아시아 태평양 지역은 이 분야에서 52.8% 이상의 점유율을 차지해 8억 8천만 달러 의 수익을 기록했다.
