"차세대 통신에 기여"…UNIST, 저전력·비휘발성 무선통신 반도체 개발

바나듐 산화물 멤리스터 기반 RF 스위치

비휘발성 메리스터 RF 스위치와 이를 기반으로 한 가변필터. (UNIST 제공. 재판매 및 DB 금지) /뉴스1

(울산=뉴스1) 조민주 기자 = 울산과학기술원(UNIST)은 김명수 전기전자공학과 교수와 윤태식 반도체소재·부품대학원 교수팀이 바나듐 산화물 멤리스터 기반 RF 스위치를 개발했다고 25일 밝혔다.

RF 스위치는 자율주행, 스마트폰, VR·AR(가상·증강현실)과 같은 현대 무선통신에 필요한 반도체 소자다.

회로 내에서 흐르는 고주파 신호를 특정 위치로 연결하고 차단해 신호 흐름을 제어한다.

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

멤리스터는 전류가 한 번 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.

실제 최대 67기가헤르츠(㎓)까지의 고주파 신호를 흘려보내는 실험에서 온 상태에서는 낮은 '삽입 손실'(0.46㏈ 이하), 오프 상태에서는 높은 '절연도'(20㏈ 이상)를 유지했다.

삽입 손실이 낮고 절연도가 높을수록 통신 품질이 높아진다. 또 시뮬레이션을 통해 4.5 테라헤르츠(㎔)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 회로다. 개발된 필터는 중심 주파수를 600메가헤르츠(㎒) 범위에서 조절할 수 있었다.

하나의 필터로 여러 주파주 대역에 대응할 수 있어 기존보다 회로 구성을 단순화하고 소형화가 가능해 고집적 무선 통신 장치에 유리하다.

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 설명했다.

이번 연구는 국제학술지 '어드밴스드 사이언스' 지난달 게재됐다.

minjuman@news1.kr