"미세화 한계, '혁신 소재'로 뚫는다"… 日 가이아닉스, AI 특수 타고 양산 확장

반도체 트랜지스터의 물리적 미세화가 기술적 한계에 봉착하면서 글로벌 칩 제조사들의 시선이 첨단 소재 기술로 급격히 이동하고 있는 가운데, 실리콘 웨이퍼 위에 이종 화합물 반도체 결정을 완벽하게 성장시키는 획기적인 소재 기술을 개발한 일본의 대학發 딥테크 스타트업이 본격적인 대량 양산 채비에 나섰다.

8월 19일(현지시각) 일본 종합 경제 미디어 닛케이 아시아(Nikkei Asia) 보도에 따르면, 도쿄대학교에서 분사한 차세대 반도체 소재 벤처 기업 가이아닉스(Gaianixx)가 국내외 주요 고객사들과의 공급 계약을 확보하고 핵심 생산 거점인 야마나시현 기술센터의 양산 라인 확장에 착수했다.

현재 연간 8인치 웨이퍼 1만 5,000장을 처리할 수 있는 야마나시 센터의 생산 능력을 대폭 늘려, 가장 앞선 고객 프로젝트의 경우 올해 말까지 시험 대량 양산(Pilot Mass Production)에 전격 돌입할 계획이다.

가이아닉스가 개발한 핵심 혁신은 전력 및 고주파 효율이 뛰어난 질화갈륨(GaN)이나 탄화규소(SiC) 등 화합물 반도체 제조 시 발생하는 근본적인 격자 불일치 문제를 해결한 것이다.

기존 화합물 반도체는 원자 구조가 일치하는 고가의 동종 기판 위에서만 결정을 안정적으로 성장시킬 수 있어 생산 단가가 높고 웨이퍼 크기 확대(대구경화)에 구조적 제약이 따랐다. 반면 저렴하고 면적이 넓은 범용 실리콘 기판 위에 화합물을 성장시키면 두 물질의 결정 구조 차이로 인해 심각한 변형과 결함(크랙)이 발생하는 고질적 문제가 있었다.

가이아닉스는 두 물질 사이에 독자적인 '다기능 중간막(Multi-functional Interlayer)'을 삽입하는 해법을 제시했다. 금속 조직학에서 다루어지는 '마르텐사이트 변태(Martensitic Transformation)' 현상을 활용해, 중간막 층이 원자 수준에서 스스로 팽창하거나 수축하면서 이종 결정 간의 불일치와 응력을 완충하는 일종의 '유연한 원자 어댑터' 역할을 수행하도록 만든 것이다.

나카오 켄토(Kento Nakao) 가이아닉스 공동 창립자 겸 CEO(최고경영자)는 "이종 재료 간의 계면 결함 문제를 극복할 수 있다면 저렴한 실리콘 웨이퍼를 활용해 성능을 비약적으로 끌어올릴 수 있다"며 "실제 고객 프로젝트 중 하나는 기존 기술 대비 몇 배나 높은 성능 향상을 기록했다"고 밝혔다.


2021년 도쿄대학교 연구 성과를 바탕으로 최고과학책임자(CSO)인 기지마 다케시 박사와 글로벌 조명 반도체 루밀레즈(Lumileds) 출신의 나카오 CEO가 공동 설립한 가이아닉스는 최근 도쿄대 엣지 캐피털 파트너스(UTEC), JX어드밴스드메탈스, 싱가포르 국영 투자사 테마섹 산하 버텍스 벤처스 등으로부터 30억 엔(약 262억 원) 규모의 시리즈 펀딩을 유치했다.
특히 가이아닉스는 최근 사업 포트폴리오를 발 빠르게 재편했다. 초기에는 전기차(EV)용 전력 반도체를 핵심 타깃으로 삼았으나, 글로벌 전기차 시장의 성장세 둔화에 맞춰 폭발적으로 성장 중인 인공지능(AI) 데이터센터, 초고속 이동통신, 위성 통신용 차세대 광학 소자(광반도체)로 R&D와 양산 자원을 집중 배치했다.

나카오 CEO는 "글로벌 지정학적 공급망 재편 속에서 신기술 수용 속도가 빠른 해외 빅테크들이 일본의 소재 생태계에 큰 관심을 보이고 있다"며 "스타트업의 혁신 기술력과 일본 대기업의 대규모 제조 인프라가 결합할 때 반도체 부활의 거대한 기회가 열릴 것"이라고 강조했다.

가이아닉스의 다기능 중간막 기술 상용화와 AI 광소자 양산 확장은, 향후 ‘실리콘 미세화 공정 한계를 돌파할 차세대 화합물 반도체 기판 시장의 패러다임 전환’과 더불어 ‘AI 데이터센터 광전송 인프라의 원가 혁신 및 성능 극대화’를 이끌 핵심 거시 반도체 소재 변수로 작용할 전망이다.


신경원 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com