반도체 소재는 게르마늄에서 실리콘으로 변화해 왔습니다. 현재 대부분의 반도체는 실리콘 소재로 제작됩니다. 그러나 기술이 발전하여 더욱 고성능의 반도체를 필요로 하는데 전력효율, 열 강도 등 실리콘 소재의 한계가 있음을 알게 됩니다. 차세대 반도체 소재로 질화갈륨이 주목되고 있습니다. 질화갈륨은 실리콘 반도체에 비해 10배 이상 전력효율이 높으며, 3배 이상 크기와 무게를 감소시킬 수 있습니다. 미래에는 실리콘 반도체는 대부분 질화갈륨으로 대체될 것입니다. 현재 질화갈륨 반도체 시장을 장악하고 있는 기업은 미국의 나비타스 세미컨덕터입니다. 이 기업은 독보적인 기술력을 보유하고 있어 미래 반도체 시장을 주도할 가능성이 높습니다.
오늘의 성장 글 : 순서
1. 반도체 소재 변천
2. 질화갈륨(GaN) 반도체 특징
3. 질화갈륨 반도체 시장 전망
4. 나비타스 세미컨덕터(NVTS) 전망
1. 반도체 소재 변천
초기의 반도체는 게르마늄(Ge)으로 제작되었습니다. 현재의 반도체는 대부분 실리콘 소재로 만들어집니다. IT 벤처기업의 성지인 미국의 실리콘 밸리 명칭도 반도체가 실리콘 소재로 제작되기 때문에 붙여진 이름입니다.
실리콘 반도체는 게르마늄 반도체에 비해 열강도, 전력효율 등이 좋습니다. 그러나 기술이 발전할수록 더욱더 고성능의 반도체에 대한 소요가 증가했습니다.
실리콘 반도체를 대체할 차세대 반도체 소재로 질화갈륨(GaN)이 주목받고 있습니다. 질화갈륨은 실리콘에 비해 열 강도가 우수하고 전력 손실이 적어 에너지 효율이 높다고 평가되고 있습니다.
2. 질화갈륨(GaN) 반도체 특징
- 신호처리속도(스위칭) : 10배 ~ 20배 향상
- 크기, 무게 : 3배 감소
- 에너지 효율 : 최대 40% 향상
- 충전속도 : 3배 향상
질화갈륨은 질소(N)와 갈륨(Ga)을 합한 화합물로 실리콘 반도체를 대체할 차세대 반도체 소재로 각광받고 있습니다. 질화갈륨 반도체는 실리콘 반도체에 비하여 열에 강하기 때문에 에너지 손실이 적고, 신호처리 속도가 10배 ~ 20배 빠른 특징이 있습니다.
또한 전력 변환 효율이 높기 때문에 실리콘 반도체에 비해 소형화 및 경량화가 가능합니다. 실리콘 반도체와 유사한 성능을 구현하는 질화갈륨 반도체는 크기와 무게가 모두 1/3배로 감소시킬 수 있습니다. 따라서 핸드폰, 노트북 등 생활가전의 무게를 줄이면서도 소형제작이 가능해집니다.
또한 낮은 전력손실로 인하여 에너지 효율이 높아 질화갈륨 반도체를 이용한 충전기는 기존 실리콘 반도체 충전기보다 3배 이상 빠른 충전이 가능합니다. 전기차 배터리에 적용된다면 충전속도를 획기적으로 줄일 수 있습니다.
3. 질화갈륨 반도체 시장 전망
시장조사업체 옴디아에 의하면 전력반도체의 시장규모는 2020년 468달러에서 2023년 623달러로 약 75% 성장할 것으로 추정했습니다. 반도체 시장은 현재 실리콘 반도체가 대부분 장악하고 있는데, 미래에는 질화갈륨 반도체가 이를 대체할 가능성이 높습니다.
전기차, 핸드폰, 인공지능 등 기술이 발전할수록 반도체 수요는 기하급수적으로 늘어납니다. 그러나 현재 실리콘 반도체는 전력효율, 신호처리속도 등 한계가 있습니다. 이를 보강하기 위해 기업들은 탄소를 첨가하여 실리콘 카바이드(SiC) 소재의 반도체를 이용하고 있습니다.
그러나 전력효율 등 반도체 성능 측면에서는 실리콘 소재가 갖는 특성상 질화갈륨 소재의 반도체를 능가할 수 없어 장기적으로는 질화갈륨 반도체가 실리콘 반도체를 대체하게 될 것이라 전망하고 있습니다.
따라서 기술이 발전할수록 질화갈륨 반도체의 시장침투력은 급속히 성장할 것입니다. 다만, 질화갈륨 반도체는 제조공정이 복잡하고 어려우며, 생산라인을 모두 재구성해야 한다는 점으로 인하여 당장 대체하기에는 제한사항이 많습니다.
훗날 질화갈륨 반도체 생산을 위한 기술력이 확보된다면 제품의 저전력 고효율, 소형화가 가능하며 충전시간이 획기적으로 단축되어 5차 산업혁명 수준의 기술혁신이 등장할 수 있을 것입니다. 결국은 전 세계적으로 질화갈륨 반도체의 소요가 증가하여 시장이 확대될 것입니다.
NH 투자증권에 따르면 5G 모바일 시장 확대에 따라 질화갈륨 반도체 수요는 2020년에서 2025년까지 167% 상승할 전망입니다. 또한 데이터 관련부문의 소요는 23%, 전기차 시장에서의 수요는 32%, 신 재생에너지 부문의 수요는 48% 상승할 것으로 예측하고 있습니다.
4. 나비타스 세미컨덕터 (NVTS) 전망
전 세계 시장에서 질화갈륨 반도체의 선두주자는 단연 나비타스 세미컨덕터(NVTS)입니다. 나비타스는 2014년 설립되어 질화갈륨 반도체를 전문적으로 생산하고 있습니다.
질화갈륨 반도체 생산을 위해서는 반도체 내부 구성 설계부터 생산라인까지 모든 제조공정을 바꾸어야 해 사업 진입장벽이 매우 높습니다. 나비타스 세미컨덕터는 설립 이전부터 질화갈륨 반도체에 대한 연구를 추진하였고, 30년 이상 축적된 노하우를 보유하고 있어 기술력 측면에서 타 기업이 따라올 수 없을 정도입니다.
2021년 말 NASDAQ에 상장되어 있으며, 상장 초기 주당 22달러 까지 상승하였다가, 금리상승 및 시장영향으로 2022년 말 주당 3달러 대 까지 하락하였습니다. 그러다가 최근 금리 추가인상 가능성이 작아지며 시장 분위기가 반전됨에 따라 2023년 5월 23일 현재는 9달러까지 다시 치솟고 있습니다. 5개월 만에 3배 성장한 셈입니다.
NH 투자증권의 분석에 따르면 나비타스 세미컨덕터의 매출은 연평균 94%씩 상승할 전망입니다. 실질적인 매출의 상승은 기업의 순이익을 증가시키며, 추가적인 연구개발이 가능한 환경을 제공합니다. 따라서 예측과 같이 실제로 지속적인 매출 성장을 보인다면 추측은 확신이 되어 주가에 가치가 더욱 반영될 것입니다.
질화갈륨 반도체는 분명 차세대 반도체로서의 자격을 충분히 갖추었습니다. 그러나 리스크는 있습니다. 공정을 완전히 바꾸어야 하고, 기술력 확보가 어렵고, 초기단계인 점, 진입장벽이 높다는 점 등 성장궤도에 정착하기까지는 아직 많은 시간이 필요합니다.
그러므로 성공적인 투자를 위해서는 경제, 시장에 지속적으로 관심을 두어야 하며, 반도체 산업의 변화와 방향성을 유의 깊게 살펴볼 필요가 있습니다. 처음부터 무리한 투자를 결심하는 것보다는 조금씩 시장에 발을 담그며 꾸준히 투자방향성을 유지하는 것이 필요하겠습니다.
오늘도 여러분의 주식 지식성장을 위해 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.
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