SiC(실리콘 카바이드, 탄화규소) 화합물반도체 기술은 기존 실리콘(Si) 반도체의 물리적 한계를 극복하는 차세대 전력반도체 소재로서 그 중요성이 부각되고 있다.

SiC는 Si 대비 3배 높은 밴드갭, 10배 높은 절연 파괴 강도, 3배 높은 열전도도 등 우수한 특성을 가지며, 이를 통해 고전압, 고온, 고주파수 환경에서도 안정적인 작동을 보장한다. 이러한 장점 덕분에 SiC는 전기차, 재생에너지, AI 데이터센터, 5G 통신 등 고성능 및 고효율 전력 변환이 필수적인 첨단 산업 분야의 핵심 부품으로 자리 잡고 있다.

현재 시장은 폭발적인 성장세를 기록하며, 웨이퍼 직경을 6인치에서 8인치로 확대하는 기술적 전환이 가속화되고 있다.

동시에 소자 구조의 혁신을 통해 성능과 신뢰성을 향상하려는 노력이 지속되고 있으며, 이는 제조 공정의 한계를 극복하기 위한 중요한 과제이다.

이러한 기술적 진보와 더불어, 글로벌 경쟁 구도는 더욱 치열해지고 있으며, 주요 기업들은 공급망의 수직 계열화를 통해 시장 지배력을 강화하고 있다.

각국 정부 또한 SiC를 국가 전략 기술로 지정하고 대규모 투자를 단행하는 등 기술 주권을 확보하기 위한 경쟁에 적극적으로 참여하고 있다.

1. 시장 규모 및 성장세 전망

SiC 전력 반도체 시장은 2023년 약 16억 2,000만 달러 규모로 평가되었다. 여러 시장조사기관은 이 시장이 향후 수년간 폭발적인 성장세를 이어갈 것으로 전망했다.

GII Korea는 SiC 시장이 2024년부터 2029년까지 37.1%의 높은 연평균 성장률(CAGR)을 기록하며 113억 3,050만 달러 규모로 증가할 것으로 예측했다.

Data Bridge Market Research는 SiC 전력 반도체 시장이 2030년까지 70억 3,051만 달러(약 70억 달러)에 이르며, 예측 기간 동안 26.0%의 CAGR을 보일 것으로 분석했다.

또한 Mordor Intelligence는 SiC 웨이퍼 시장이 2025년부터 2030년까지 22.24%의 CAGR로 성장할 것으로 예상했다.

한편, Business Research Insights는 SiC 전력 모듈 시장이 2024년에 8,700만 달러에 이르렀고 2033년에는 8,600억 달러로 급격히 확장될 것으로 전망했다.

<표1> SiC 시장 규모 및 성장

이처럼 시장조사기관들의 연평균성장률(CAGR)은 20%대 초반에서 30%대 후반까지 상당한 편차를 보인다. 이러한 현상은 시장의 성장세가 매우 역동적이라는 사실을 반영한다.

각 기관이 분석하는 시장의 범위(예: SiC 웨이퍼 시장, 전력 반도체 시장, 전력 모듈 시장 등)나 기준 연도, 그리고 예측 모델이 다르기 때문에 이러한 수치적 차이가 발생한다.

이는 SiC 시장이 아직 완전히 성숙하지 않았고, 단일 수치만으로 시장의 복합적인 상황을 이해하기 어렵다는 점을 시사한다.

2. 주요 성장 동인 및 응용 분야

SiC 시장 성장의 가장 강력한 동인은 전기차(EV) 및 충전 인프라 부문이다. SiC 전력 반도체는 EV 인버터, 온보드 충전기(OBC) 등 전력 변환 시스템에 필수적인 부품으로, 기존 Si IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 대비 전력 손실을 최대 80%까지 줄이고 효율을 1.5% 향상하는 효과를 가져온다.

특히 자동차 제조업체들이 800V 고전압 차량 플랫폼으로 전환하면서 SiC 웨이퍼에 대한 수요는 더욱 가속화되고 있다.

<그림1> SiC 전력소자 활용 분야

자료 : https://ko.semicorex.com/news-show-4235.html

전기차 외에 AI 데이터센터와 재생에너지 시스템도 주요 성장 동력이다. AI 기술의 확산과 데이터센터 증설은 고효율 전력 솔루션에 대한 수요를 급증시키고 있으며, SiC는 이 분야에서 전력 효율성을 높이고 시스템 크기를 줄이는 핵심 역할을 한다. 또한 태양광 발전 및 풍력 에너지 시스템은 대규모의 에너지를 효율적으로 처리하고 변환할 수 있는 전력 장비를 필요로 하는데, SiC는 이러한 요구를 충족시킨다.

한편, 전기차 판매 성장세가 둔화될 수 있다는 일부 단기적인 우려가 존재하지만, AI 서버 및 기타 산업 분야의 수요는 지속적인 성장을 견인할 것으로 예상된다. 이는 SiC 기술의 응용처가 전기차에만 국한되지 않고 다변화되고 있음을 의미한다. 결과적으로 특정 산업의 변동성에도 불구하고 SiC 시장의 전반적인 성장세는 유지될 것으로 보인다. SiC 시장의 응용 스펙트럼은 산업용 모터 드라이브, 전원 공급 장치, 5G 인프라 및 무선 통신 분야로 꾸준히 확장되고 있다.

3. 글로벌 SiC 산업 공급망 및 경쟁 구도

SiC 전력반도체 시장은 소수 기업이 지배하는 과점적 경쟁 구도를 보이고 있다. 2023년 시장은 ST마이크로일렉트로닉스(32.6% 점유율)가 선두를 차지했으며, 온세미컨덕터(23.6%)가 2위, 인피니언테크놀로지(16.5%)가 3위를 기록했다. 상위 5개 공급업체가 전체 매출의 약 91.9%를 차지하며 시장 집중도가 매우 높게 나타났다.

이들 주요 기업들은 시장 선점을 위해 대규모 투자를 단행하고 있다.

<그림2> SiC 전력반도체 시장점유율(2023년 기준) (단위: %)

자료 : 트렌스포스(TrendForce), 2024.06

￭ ST는 자동차용 SIC MOSFET 공급업체로서 존재감을 나타내고 있으며 현재 이탈리아 카타니아에 풀 프로세스 SiC 공장을 건설 중이며 2026년까지 가동시킬 예정이다. 또 중국에서는 삼안광전과 합작으로 8인치 SiC 제품 제조공장을 2024년 말까지 가동시킬 계획을 발표한 바 있다.

￭ 2위 온세미도 차재용 Elite SiC 시리즈를 중심으로 사업 확대를 도모하고 있다. 경기 부천의 SiC 웨이퍼 공장 확장 공사는 2023년에 완료돼 2025년에는 8인치 생산으로 이행할 예정이다. 또 SiC의 결정 기술을 가진 GT Advanced Technologies (GTAT)를 인수한 이후 SiC 기판 재료의 자급률은 50%를 넘어 매출 총 이익률 50% 달성을 위해 내제 강화를 추진하고 있다.

￭ 3위인 인피니언은 SiC 사업 매출의 거의 절반을 산업분야가 차지하고 있다. 그러나 주요 고객인 솔라엣지가 어려움에 직면하는 등의 영향이 나오고 있다. 한편 자동차용으로는 최근 샤오미 SU7에 제품을 공급하는 등 견조한 성장을 이루고 있다. 또한, 말레이시아에 20억 유로를 투자해 SiC 및 GaN 팹을 건설하고 있다.

￭ 4위인 울프스피드는 지난 2년 동안 시장 기회를 놓치는 경우가 많았지만 여전히 차재급 SiC MOSFET용 SiC 기판의 세계 최대급 공급업체이며 신속하게 착수한 8인치화에 의한 선행자 이익도 얻고 있으며, 5위인 로옴은 비테스코 테크놀로지스와 마쓰다, 요시리 등 자동차 회사와 Tier 1 공급업체와 장기적인 파트너십으로 차세대 파워 모듈의 개발을 가속화하고, 2027년까지 SiC 관련 투자 총액을 2,700억 엔으로 증액할 계획이다.

이러한 대규모 투자의 배경에는 수직 계열화 전략이 있다. SiC 산업은 웨이퍼 원재료 확보의 어려움과 불안정한 공급망이라는 근본적인 취약점을 안고 있다. 이에 시장 리더들은 웨이퍼 소재부터 최종 모듈까지 이르는 밸류체인 전반을 내재화함으로써 원료 공급 제약을 해결하고 생산 효율을 극대화하여 시장 지배력을 공고히 하고 있다.

한편, SiC 산업의 성장은 단순히 기업 간의 상업적 경쟁을 넘어 국가 간의 기술 패권 경쟁으로 이어지고 있다. 미국과 중국은 SiC가 국가 안보 및 미래 산업의 핵심 요소임을 인식하고 막대한 정부 지원을 제공하고 있다. 미국의 CHIPS 및 과학법(CHIPS and Science Act)은 6개 SiC 관련 프로젝트에 총 9억 1천만 달러를 지원했다. 중국 역시 2023년부터 2024년까지 17개 웨이퍼 제조 프로젝트에 18억 달러를 투자하는 등 공격적으로 기술 격차를 추격하고 있다.

우리나라 정부도 이러한 흐름에 적극적으로 동참하고 있다. 과학기술정보통신부는 2023년 12월 '반도체 미래기술 로드맵'을 발표하며 화합물 전력 반도체 기술 개발을 집중 육성하겠다고 밝혔다.

이는 파워큐브세미가 2300V SiC MOSFET을 국내 최초로 개발한 것이 전력 반도체를 국가 전략 기술로 지정하고 국산화 정책을 추진하는 시점과 맞물려 더욱 주목받는 이유가 된다.

또한 국내 기업 SK실트론은 2023년 8인치 투자 결정을 통해 SiC 웨이퍼 분야에서 글로벌 경쟁력을 강화하고 있다.

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