경북대, 극저온에서 세계 최고 주파수 특성을 갖는 전자소자 개발

- 차세대 양자 컴퓨팅 시스템 개발 가속화 기대

왼쪽부터 김대현 교수, 손승우 박사과정생. (자료제공: 경북대)

경북대학교(총장 허영우)는 전자공학부 김대현 교수팀이 극저온(4K) 환경에서 차단 주파수(fT)와 최대 공진 주파수(fmax)가 모두 800GHz 이상으로, 세계 최고 수준의 성능과 가장 균형적인 주파수 특성을 가지는 인듐갈륨비소 물질 기반의 고전자 이동도 트랜지스터 (High-Electron-Mobility Transistors, HEMTs) 반도체 전자소자를 개발했다고 6월 18일 밝혔다.

이번 연구 성과는 최근 일본 교토에서 열린 ‘VLSI 심포지엄(SYMPOSIUM ON VLSI TECHNOLOGY & CIRCUITS)’에서 공개됐다. VLSI 학회는 세계 3대 반도체 학회 중 하나로, 일본과 미국을 번갈아 가며 심포지엄을 개최하고 있다.

김대현 교수팀이 개발한 화합물 반도체 전자소자는 극저온 환경인 4K의 온도에서 동작 속도를 결정하는 차단 주파수(fT)가 813GHz, 동작 주파수 대역을 결정하는 최대 공진 주파수(fmax)가 807GHz로 나타났다. 이는 기존 발표된 fT 662GHz와 fmax 653GHz을 뛰어넘는 수치로, 극저온 환경에서 fT와 fmax 모두 800GHz를 초과한 것은 세계 최초이다.

특히 이번 연구는 고성능 전자소자 개발뿐만 아니라, 지금까지 과대 해석되었던 전자소자의 주요한 특성 중 하나인 기생 저항 성분(source resistance)에 대한 정확한 물리적 해석도 함께 이뤄졌다. 이를 통해 극저온 환경에서의 전자소자 동작 원리를 새롭게 규명하고, 향후 차세대 반도체 소자 설계의 방향성을 제시했다.

연구책임자인 김대현 교수는 “극저온 환경에서 동작하는 전자소자의 정확한 물리적 해석은 양자 컴퓨팅 시스템 발전에 매우 중요하다. 이번 연구 결과를 기반으로 차세대 양자 컴퓨팅 시스템 개발을 가속할 수 있을 것으로 기대된다”라고 밝혔다.

이번 연구는 경북대 김대현 교수와 손승우 박사과정생, 국내 양자컴퓨팅 기업인 큐에스아이, 저잡음 증폭기 모듈 관련 글로벌 기업인 스웨덴의 LNF(Low-Noise Factory)와 공동으로 수행했으며, 삼성미래기술육성사업과 과학기술정보통신부 차세대화합물반도체핵심기술개발사업, 그리고 산업통상자원부 국제공동기술개발사업의 지원을 받아 진행됐다.

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]