양자 효과 소자를 이용한 통신시스템용 초고속 IC 개발

양경훈 교수

양자 효과를 이용한 소자를 사용해 전력소모가 기존 제품에 비해 75%나 적고 작동속도는 크게 향상된 초고속 통신시스템용 집적회로(IC)가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

KAIST(총장 서남표) 전자전산학과 양경훈(사진·46) 교수팀은 25일 교육과학기술부 21세기 프론티어연구개발사업인 테라급나노소자개발사업 지원으로 양자효과 소자인 공명터널다이오드(RTD)를 이용해 초고속 통신시스템의 핵심부품인 40Gbps급 멀티플렉서(MUS) 집적회로를 개발했다고 밝혔다.

이 제품은 공명 터널 다이오드에 2 ㎛ 급 소자 공정기술을 적용, 상온에서 동작하고 기존 소자와 호환이 가능해 양자 효과를 이용한 초고속 멀티플렉서로서 나노 전자소자 기술의 실용화 가능성을 제시한 것으로 평가된다.

CMOS(상보성 금속산화물반도체) 등은 전자소자를 이용한 집적회로는 차세대 40 Gb/s 급 이상 통신 시스템의 핵심부품으로 널리 사용돼 왔지만 과도한 전력소모의 문제점으로 인하여 소비전력의 절감이 필수적으로 요구돼 왔다. 

양경훈 KAIST 교수팀이 초고속 멀티플렉서(MUS) 집적회로를 사용해 제작한 공명 터널 다이오드 전자현미경(SEM).

양 교수팀 디지털 신호를 자체적으로 저장하고 빠른 신호처리가 가능한 공명 터널 다이오드 고유의 부성 미분 저항 특성(NDR)을 이용해, 기존 멀티플렉서보다 소자 수는 절반 이하로 줄이고 전력소모 기존의 4분의 1 수준으로 낮췄다.

독일 반도체기업 인피니온이 0.12㎛ CMOS 공정기술로 개발한 40Gbps 멀티플렉서는 42개의 소자로 구성돼 100mW의 전력을 소모하는 반면 연구팀이 개발한 집적회로는 19개 소자로 구성돼 45Gbps로 작동하고 소비전력은 22.5mW에 불과하다.

양 교수는 “양자소자를 이용한 회로 설계 기술은 멀티플렉서 이외에, 차세대 초고속 통신 시스템 용의 다양한 디지털 및 아날로그 집적 회로 개발에 응용이 가능한 원천 기술”이라며 “기존의 화합물 반도체 소자 기반 초고속 집적회로의 공정설비를 그대로 이용할 수 있어 대량생산이 가능하다”고 말했다.

한편 이번 연구결과는 지난 5월 26일 프랑스 파리에서 열린 IEEE IPRM 국제학술대회에 발표됐으며, 오는 8월 18일 미국 알링턴에서 열리는 “IEEE 나노테크놀로지(IEEE)” 학회에서 발표될 예정이다. 이밖에 8월 27일(수) “NANO KOREA 2008”에서도 초청 발표될 예정이다.

박용준 기자 [e-mail]
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