울산과학기술원(UNIST)이 자율주행과 6G 환경에 적합한 저전력 무선통신 반도체 소자를 개발했다.
UNIST는 김명수 전기전자공학과 교수와 윤태식 반도체소재·부품대학원 교수 연구팀이 바나듐 산화물 (Vanadium Oxide) 멤리스터(memristor) 기반 무선주파수(RF) 스위치를 개발했다고 25일 밝혔다.
RF스위치는 자율주행, 스마트폰, 가상·증강현실(VR·AR) 등 무선통신 기반 장비 및 콘텐츠 구현에 필요한 반도체 소자다. 회로 내 고주파 신호를 특정 위치로 연결하거나 차단하는 제어 스위치다.
연구팀이 개발한 RF 스위치는 멤리스터 소자 구조여서 대기전력 소모가 없고 고속·대용량 통신에 적합한 고주파 대역에서도 잘 작동한다. 멤리스터 소자는 전류가 한 번 흐른 후 전원이 꺼져도 저항 상태를 유지하기 때문에 대기전력이 필요 없다. 켜고 끄는 저항 전환 속도도 수 나노초(ns)로 빠르다.
최대 67기가헤르츠(㎓) 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 품질은 높아진다.
또한 시뮬레이션에서 4.5테라헤르츠(㎔)까지도 동작 가능한 것으로 확인됐고, 이는 지금까지 보고된 산화물 기반 RF 스위치 가운데 가장 높은 차단 주파수다.
연구팀은 이 RF 스위치를 이용해 특정 범위 주파수 성분만 골라 통과시키는 가변 대역 통과 필터도 개발했다. 이 필터는 중심 주파수를 약 600메가헤르츠(㎒) 범위 내에서 조절할 수 있다. 하나의 필터로 여러 주파주 대역에 대응할 수 있어 회로를 소형화한 고집적 무선 통신 장치에 유리하다.
김명수 교수는 “멤리스터 기반 RF 스위치는 에너지 이용 효율과 주파수 선택성을 동시에 만족하는 소형 RF 프론트엔드 구현에 실질적으로 기여할 것”이라고 말했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com