경북대, 세계 최고 속도 차세대 반도체 전자소자 개발

738기가헤르츠(GHz)급의 고전자 이동도 트랜지스터

경북대 김대현 교수

[대구=뉴시스] 박준 기자 = 경북대학교가 차세대 이동통신 기술인 B5G & 6G과 양자 컴퓨팅(Quantum computing) 기술에서 핵심 소재 및 부품으로 사용할 수 있는 세계 최고의 동작 속도를 가진 차세대 반도체 전자소자를 개발했다.

1일 경북대에 따르면 전자공학부 김대현 교수와 조현빈 박사과정생은 국내 중견기업인 ㈜큐에스아이와 일본 이동통신사 NTT 연구진과 공동 연구를 통해 세계에서 가장 빠른 738기가헤르츠(GHz)급의 고전자 이동도 트랜지스터(High-Electron-Mobility transistor, HEMT) 전자소자를 개발했다.

동작 속도를 결정하는 차단 주파수(fT)가 738GHz로, 전계효과트랜치스터(FET) 구조의 반도체 전자소자에서 가장 빠른 속도를 구현했다.

이는 현재 5G 시스템 대비 최소 10배 이상 빠른 통신이 가능할 것으로 기대된다.

연구 결과는 지난해 12월18일 열린 세계 최고 권위의 반도체 관련 학술대회인 국제반도체소자학회(IEDM, International Electron Devices Meeting)에서 발표됐다.

IEDM은 세계 3대 반도체 학술대회 중 하나다. 이번 연구는 과학기술정보통신부의 글로벌 핵심 인재 양성지원 사업(전문기관 IITP) 및 민군협력진흥원의 민군겸용 사업 지원으로 수행됐다.

김 교수는 "다가올 6G와 같은 차세대 이동통신 시스템의 구현을 위해서는 고성능·다기능 반도체 전자소자의 개발이 필수적이다"며 "이번 연구 성과는 테라헤르츠(THz) 대역의 전자시스템의 소형화와 집적화, 고성능화를 앞당길 것으로 기대된다"고 설명했다.

또 "구글, IBM, 인텔 등 세계 유수 기업에서 연구 중인 양자 컴퓨팅(Quantum computing) 시스템의 미세한 양자 신호를 매우 정교하게 식별하는 핵심 반도체 소자 부품으로도 활용이 가능하다"고 부연했다.

한편 고전자 이동도 트랜지스터(High-Electron-Mobility Transistor, HEMT)는 초고속 연산 소자의 일종으로 연산 속도는 피코초 단위이다.

두 종류 이상의 원소 화합물로 이뤄지는 반도체로 갈륨비소(GaAs)·인듐인(InP)·갈륨인(GaP) 등 3-5족 화합물 반도체(III-V compound semiconductor)가 있다.

주로 인듐갈륨비소(InGaAs)와 인듐알루미늄비소(InAlAs) 및 인듐인(InP)의 중합 구조로 이뤄져 있으며 그 내부에 생기는 높은 이동도를 갖는 전자를 게이트 전극을 통해 제어한다.

저마늄(Ge)이나 실리콘(Si) 등 단체(單體)의 반도체와는 캐리어의 이동도, 띠(band) 구조 등이 다르므로 전기적·광학적 성질도 크게 다르다.

양자 컴퓨팅(Quantum Computing)은 양자역학적 현상 기반의 양자비트 (Qubit)을 이용하는 컴퓨팅 방식으로 현재 사용되고 있는 비트(bit) 기반 컴퓨팅에 비해 빠른 계산이 가능할 것으로 기대되는 기술이다.

양자역학에 기반을 둔 독특한 논리 연산법을 컴퓨터 분야에 도입함으로써 지금의 컴퓨터와는 차원이 다른 새로운 첨단 컴퓨터를 만들 수 있다는 생각에서 나온 것이다.

양자컴퓨터라는 개념은 1982년 미국의 이론물리학자 리처드 파인먼에 의해 처음 제안됐고, 1985년 영국 옥스퍼드대학교의 데이비드 도이치에 의해 그 구체적 개념이 정립됐다.

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