자율주행·6G시대에 적합…'저전력 무선통신 반도체' 개발

UNIST 김명수·윤태식 교수팀 개발

[울산=뉴시스] 울산과학기술원(UNIST) 김명수 교수(왼쪽부터), 표창우 연구원, 이승찬 연구원, 김다현 연구원(제1저자), 서다빈 연구원(제1저자), 류지연 연구원, 윤태식 교수. (사진=UNIST 제공) 2025.06.25. [email protected] *재판매 및 DB 금지

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 국내에서 자율주행, 6G 시대에 꼭 맞는 저전력, 비휘발성 무선통신 반도체 소자가 나았다. 이 소자로 중심 주파수 대역을 조절하는 가변 필터 회로까지 만들 수 있어 더 작고 전기를 덜 쓰는 통신 장비 개발에 도움이 될 전망이다.

울산과학기술원(UNIST)은 전기전자공학과 김명수 교수와 반도체소재·부품대학원 윤태식 교수팀이 바나듐 산화물(Vanadium Oxide) 멤리스터(memristor) 기반 RF 스위치를 개발했다고 25일 밝혔다.

RF 스위치는 자율주행, 스마트폰, 가상현실(VR)·증강현실(AR)과 같은 현대 무선통신에 꼭 필요한 반도체 소자다. 회로 내에서 흐르는 고주파 신호를 특정 위치로 연결하고 차단해 신호 흐름을 제어하는 역할을 한다.

이번에 개발된 RF 스위치는 대기전력 소모가 없고 고속·대용량 통신에 적합한 고주파 대역에서도 잘 작동한다. 스위치가 멤리스터 소자 구조이기 때문이다.

멤리스터는 전류가 한번 흘러 바뀐 저항 상태가 전원이 꺼져도 유지되는 비휘발성 특성이 있다. 이 덕분에 대기전력 없이도 설정 상태를 유지할 수 있어 전기를 덜 쓴다. 또 저항 상태의 전환 속도가 수 나노초(ns) 수준으로 빨라 빠르게 켜고 끌 수 있어 신호 처리 지연이 적다.

이 반도체 소자는 실제 최대 67기가헤르츠(GHz) 까지의 고주파 신호를 흘려보내는 실험에서 온(ON) 상태에서는 낮은 삽입 손실(0.46dB 이하), 오프(OFF) 상태에서는 높은 절연도(20dB 이상)를 유지했다. 삽입 손실이 낮고 절연도가 높을수록 통신 품질이 높아진다.

또 시뮬레이션을 통해 4.5 테라헤르츠(THz)까지도 동작이 가능한 것으로 확인됐다. 이는 지금까지 보고된 산화물 기반 RF 스위치 중 가장 높은 차단 주파수에 해당한다.

연구팀은 이 RF 스위치를 이용한 가변 대역 통과 필터도 함께 개발했다. 필터는 중심 주파수를 기준으로 특정 범위의 주파수 성분만 골라 통과시키는 전자 회로로 개발된 필터는 중심 주파수를 약 600MHz 범위 내에서 조절할 수 있었다. 하나의 필터로 여러 주파주 대역에 대응할 수 있어 기존보다 회로 구성을 단순화하고 소형화가 가능해 고집적 무선 통신 장치에 유리하다.

[울산=뉴시스] 비휘발성 메리스터 RF 스위치와 이를 기반으로 한 가변필터 (사진=울산과학기술원 제공) 2025.06.25. [email protected] *재판매 및 DB 금지

김 교수는 "멤리스터 기반 RF 스위치가 주파수 선택성과 에너지 효율을 동시에 갖춘 소형 RF 프론트엔드를 구현하는 데 실질적으로 기여할 수 있음을 보여줬다"며 "차세대 무선 통신 시스템 개발의 토대가 될 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 지난달 28일 게재됐다. 과학기술정보통신부 한국연구재단, 산업통상자원부 한국산업기술진흥원의 지원을 받아 이뤄졌다.


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