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국내 연구진이 소비전력을 크게 낮춘 집적회로(IC)의 핵심 부품을 세계 최초로 개발하는 데 성공했다. 양경훈(사진) KAIST 전기전자공학과 교수팀은 양자효과(Quantum effect)를 기반으로 한 반도체 소자인 공명 터널 다이오드(RTDㆍResonant Tunneling Diode)를 이용해 무선 송수신 및 초고속 통신시스템의 핵심부품인 초고주파 발진기 회로와 4대1 멀티플렉서 회로를 개발했다고 24일 밝혔다. 양자효과는 전자가 입자로서의 성질보다 파동으로서의 성질을 보일 때 나타나는 현상이며 공명 터널 다이오드는 양자효과 중 하나인 '공명 터널'현상을 이용한 반도체 소자로 스위칭 속도가 매우 빠르고 상온에서 작동이 가능해 차세대 나노ㆍ양자 반도체 소자로 주목 받고 있다. 발진기 회로는 휴대폰 등 무선 시스템에서 신호를 발생시키는 장치이며 멀티플렉서는 광통신시스템에 낮은 속도로 병렬로 들어오는 데이터를 처리해 속도를 더 높여 순차적으로 내보내는 회로다. 현재 초고속 통신시스템의 핵심부품으로는 실리콘 상보성 금속산화물반도체(CMOS) 기술을 기반으로 한 집적회로가 널리 사용되고 있지만 소자 크기가 수십 나노미터로 작아지면서 고밀도에 따른 발열과 전력소모가 많은 문제로 전세계적으로 다양한 나노소자 및 회로기술 개발 연구가 진행되고 있다. 양 교수팀이 RTD를 이용해 만든 초고주파 발진기 회로는 기존 실리콘 CMOS 기반의 집적회로에 비해 소비전력을 170배나 줄일 수 있다. 또 일본 후지쓰의 멀티플렉스는 172개의 소자로 구성돼 132㎼의 전력을 소모하는 반면 양 교수팀이 개발한 4대1 멀티플렉서는 51개의 소자로 구성돼 소비전력은 75㎼에 불과하다. 동작 속도는 40Gbps로 같다. 양 교수는 "소비전력도 적지만 상온 및 고온에서도 안정적으로 작동하기 때문에 실용성도 겸비했다"면서 "기존의 화합물 반도체 소자를 기반으로 한 집적회로 공정설비를 그대로 적용할 수 있기 때문에 3~5년 내 상용화가 가능할 것으로 기대된다"고 설명했다. 이조원 테라급나노소자개발사업단장은 "양 교수가 개발한 저전력 발진기 회로는 올해 8조원 규모로 추정되는 바이오센서의 핵심부품으로 활용될 수 있고 4대1 멀티플렉서는 오는 2011년 약 30조원 규모로 성장할 것으로 예상되는 광통신 시스템 모듈 시장을 이끌어갈 핵심기술"이라고 평가했다. 이번 연구결과는 나노기술(NT) 분야의 세계적 학술지인 'IEEE 나노 테크놀로지' 5월호에 게재될 예정이며 국내 특허 5건, 미국 특허 3건이 등록된 상태다.
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