온세미, ‘버티컬 GaN’ 전력반도체 공개… AI·전기화 시대의 효율 한계 돌파

독자적 ‘GaN-on-GaN’ 기술로 고전압·고주파 스위칭 한계 극복… 에너지 손실 최대 50% 절감

지능형 전력 및 센싱 기술의 선도 기업인 온세미(omsemi)가 전력 밀도, 효율, 내구성에서 새로운 기준을 제시하는 버티컬 질화갈륨(vGaN) 전력반도체를 공개했다. AI 데이터센터, 전기차(EV), 재생에너지 등 에너지 집약적 산업의 전력 수요가 폭증하는 가운데, 이 차세대 반도체가 업계의 ‘게임 체인저’가 될 수 있을지 주목된다.

전 세계는 에너지가 기술 발전의 한계를 결정짓는 새로운 시대로 접어들었다. AI 데이터센터와 전기차의 전력 소비는 이미 일부 도시의 사용량을 넘어서고 있으며, 단 1와트의 절약이 그 어느 때보다 중요해졌다.

디네시 라마나선(Dinesh Ramanathan) 온세미 기업 전략 담당 수석 부사장은 “버티컬 GaN은 업계의 판도를 바꿀 기술”이라며, “전기화와 AI가 산업을 재편하는 지금, 효율성은 진보를 정의하는 새로운 기준이 됐다”고 강조했다.

‘수평’을 넘어 ‘수직’으로… GaN-on-GaN이 핵심

현재 상용화된 대부분의 GaN 소자는 실리콘(Si)이나 사파이어 같은 비(非) GaN 기판 위에 제작되는 ‘수평형’ 구조다. 이 방식은 전류가 칩 표면을 따라 수평으로 흐르기 때문에 고전압, 고전류 처리 시 구조적인 한계와 발열 문제가 있었다.

하지만 온세미의 vGaN은 고전압 디바이스에 최적화된 독자적인 ‘GaN-on-GaN’ 기술을 적용했다. 이는 GaN 기판 위에 GaN 층을 성장시켜, 전류가 칩 표면이 아닌 내부를 ‘수직’으로 흐르도록 설계한 것이다. 이 수직 구조는 더 높은 전력 밀도와 뛰어난 열 안정성을 제공하며, 극한 환경에서도 견고한 성능을 발휘한다.

고전압 처리, 50% 손실 감소로 AI·EV 정조준

온세미의 vGaN 기술은 단일 다이(die)에서 1,200V 이상의 고전압을 처리하고, 고주파에서 고전류를 고효율로 스위칭할 수 있도록 설계됐다. 이를 통해 기존 솔루션 대비 전력 손실을 최대 50%까지 줄일 수 있다.

또한, 고주파 동작 시 인덕터와 커패시터 등 수동 부품의 크기를 대폭 줄여, 기존 수평형 GaN 대비 약 3분의 1 크기로 시스템 구현이 가능하다. 이는 전력 밀도, 열 성능, 신뢰성이 핵심인 고출력 응용 분야에 최적화된 특성이다.

온세미는 이 기술이 AI 데이터센터의 800V DC-DC 컨버터, 전기차의 소형·고효율 인버터(주행거리 확대), 고속 충전 인프라, 태양광 및 풍력 인버터 등 다양한 분야에서 혁신을 가져올 것으로 기대하고 있다. 온세미는 미국 뉴욕주 시러큐스 팹에서 본 기술을 개발, 제조하고 있으며, 관련 글로벌 특허만 130건 이상을 확보했다.

현재 700V와 1,200V급 vGaN 디바이스가 얼리 액세스 고객을 대상으로 샘플링이 진행 중이다.