경북대학교는 김대현 전자공학부 교수팀이 최대 발진 주파수(fmax) 742㎓를 기록한 45㎚급 질화갈륨(GaN) 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)를 개발했다고 23일 밝혔다. GaN HEMT에서 최대 발진 주파수가 700㎓를 초과한 것은 세계 최초이다.
이번 연구 결과는 지난 18일(미국 현지 시간) 미국 하와이 호놀룰루에서 열린 반도체 분야 국제학술대회인 'VLSI 심포지엄 2026'에서 공개됐다. VLSI 심포지엄은 세계 3대 반도체 학회 중 하나로, 최첨단 반도체 소자 및 회로 기술 분야의 대표적인 국제학술대회로 평가받고 있다.
GaN 반도체는 우수한 물질적 특성으로 인해 고출력 무선주파수(RF) 반도체 분야에서 주목받아 왔다. 그러나 테라헤르츠(㎔)에 인접한 초고주파 영역은 인화인듐(InP) 기반 소자가 주도해 왔으며, 질화갈륨 소자는 주파수 특성이 낮아 초고주파 응용에 한계가 있는 것으로 여겨져 왔다.
김 교수팀은 45㎚ 게이트 길이를 갖는 초미세 게이트 공정과 소스·드레인 영역의 접촉 저항을 낮추는 '선택적 n+ GaN 재성장 기술'을 적용해 이 같은 한계를 극복했다. 이를 통해 개발된 GaN HEMT는 fmax 742㎓를 기록했으며, 이는 GaN 트랜지스터의 fmax가 처음으로 700㎓를 넘어선 결과이다. 또한 차단 주파수(fT)와 fmax를 동시에 반영하는 종합 성능지표(favg) 497㎓를 달성하며, GaN 기반 초고주파 전자소자 기술의 새로운 기준을 제시했다.
김대현 교수는 “이번 연구는 GaN HEMT의 RF 성능 한계를 한 단계 끌어올린 결과로, 세계 최초의 700㎓급 fmax 달성을 통해 GaN 반도체의 초고주파 응용 가능성을 실증했다. 특히 공동연구 기관인 큐에스아이의 화합물 반도체 소자 제작 라인과 대학의 소자 및 회로 연구 역량이 결합된 대표적인 산학협력 성과라는 점에서 의미가 크다.”라고 말했다.
연구팀은 이번 성과를 바탕으로 6G 및 K-국방용 서브테라헤르츠 주파수 대역을 향한 차세대 GaN 전자소자 연구를 더욱 가속화할 계획이다. 이번 연구는 삼성미래기술육성사업과 민군겸용기술개발사업의 지원을 받았으며, 경북대를 중심으로 큐에스아이, 전자통신연구원(ETRI), 아이브이웍스, 카이스트 및 미국 텍사스공과대가 공동으로 수행했다.
대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com
