자율주행과 6세대 이동통신(6G) 시대에 맞는 저전력, 비휘발성 무선통신 반도체 소자를 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 제시했다.

25일 UNIST는 전기전자공학과 김명수 교수와 반도체소재·부품대학원 윤태식 교수팀은 바나듐 산화물 멤리스터(memristor) 기반 RF 스위치를 개발했다고 밝혔다.

RF 스위치는 자율주행, 스마트폰, 가상현실(VR)·증강현실(AR) 등 현대 무선통신에 필요한 반도체 소자다.

회로 내에서 흐르는 고주파 신호를 특정 위치로 연결하고 차단해 신호 흐름을 제어하는 역할을 한다.

연구팀이 개발한 RF 스위치는 대기 전력 소모가 없고, 고속·대용량 통신에 적합한 고주파 대역에서도 잘 작동한다.

이는 스위치가 멤리스터 소자 구조이기 때문이다.

멤리스터는 메모리(memory)와 레지스터(resistor)의 합성어로 전류 흐름에 따라 저항 상태가 변화하고, 그 상태를 전원이 꺼져도 유지할 수 있는 비휘발성 특성이 있다.

이 덕분에 대기 전력 없이도 설정 상태가 유지돼 전기를 덜 소모한다.

또 저항 상태의 전환 속도가 수 나노초(㎱·10억분의 1초) 수준으로 빨라 빠르게 켜고 끌 수 있어 신호 처리 지연이 적다.

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

삽입 손실이 낮고 절연도가 높을수록 통신 품질이 높아진다.

연구팀은 시뮬레이션을 통해 4.5테라헤르츠(㎔)까지도 동작이 가능한 것으로 확인했는데, 이는 지금까지 알려진 산화물 기반 RF 스위치 중 가장 높은 차단 주파수에 해당한다.

연구팀은 이 RF 스위치를 이용한 가변 대역 통과 필터도 함께 개발했다. 하나의 필터로 여러 주파수 대역에 대응할 수 있어 회로 구성을 단순화하고, 소형화할 수 있어 고집적 무선 통신 장치에 유리하다고 연구팀은 설명했다.

김명수 교수는 "이번 연구는 차세대 무선통신 시스템 개발의 토대가 될 수 있을 것"이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스'(Advanced Science)에 지난달 28일 게재됐다.

연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단, 산업통상자원부 한국산업기술진흥원의 지원을 받았다.