독일 머크가 차세대 광변조 제어 소재 기술 '강유전체 네마틱 액정(FNLC)'을 실리콘 포토닉스 한계를 극복할 혁신 소재로 제안했다. 이를 적용하면 기존 광변조기 대비 구동 전압이 낮아 소자 초소형화가 가능하고 초고속 구동할 수 있어 데이터 전송 한계를 깰 수 있다는 설명이다.
토마스 백룬드 머크 일렉트로닉스 통합 포토닉스 부문 총괄은 25일 열린 '전자신문 테크데이' 행사에서 “AI 기술은 기존 2차원 구조 한계를 넘어 3차원 고밀도 집적 체계로 전환을 요구하고 있다”며 “물리적·경제적 제약 속에서 대규모 고성능 실리콘 포토닉스를 구현하는 핵심 열쇠는 새로운 소재”라고 말했다.
머크는 기존 액정(LC)의 느린 반응 속도를 극복할 게임체인저로 FNLC을 제시했다. FNLC는 액체 특유 유동성을 유지하면서도 분자 배열이 한쪽 방향으로 정렬돼 거대한 자발 분극을 형성하는 신소재다.
FNLC는 외부 전기장에 즉각적이고 선형적으로 반응해 굴절률이 변하는 '포켈스 효과'를 유도할 수 있는 것이 특징이다.
백룬드 총괄은 “포겔스 효과는 구동 전압을 낮춰 광변조기 소자 크기를 극적으로 줄일 수 있다”며 “소자 초소형화는 신호 지연 및 전력 손실을 유발하는 기생 용량을 줄이고 초고속 구동을 가능하게 한다”고 설명했다.
핵심 적용처로는 FNLC를 실리콘 포토닉스의 '실리콘-유기물 하이브리드 마하젠더 변조기(SOH-MZM)' 구조에 적용하는 방안을 제안했다. 100~150나노미터(㎚) 크기 미세한 실리콘 슬롯 도파관에 FNLC를 채워 넣으면 광파와 전기장 결합 효율을 극대화할 수 있다.
이 구조는 구동 전압과 기생 용량을 낮춰 전력 소비를 최소화하면서도 100㎓ 이상 초고대역폭 전송을 지원한다. 이를 통해 차세대 AI 데이터센터 핵심 요구사항인 레인당 400Gbps(400G/lane)급 광통신 환경을 구현할 수 있다는 설명이다.
머크는 FNLC가 양산 효율성도 높다고 강조했다. 용액 공정이 가능해 웨이퍼 상에 직접 적용하기 쉽고 반도체 후공정 파운드리 공정과 호환할 수 있다. 모듈 가공 및 패키징 시 발생하는 100℃ 이상 고온 환경에서도 안정적인 상 정렬을 유지해 동작 신뢰성도 확보할 수 있다.
백룬드 총괄은 “머크의 FNLC 소재는 유기 소재의 뛰어난 광학적 성능과 실리콘 반도체의 대량 양산성 사이의 격차를 메우는 역할을 할 것”이라며 “차세대 AI 데이터센터 전력 및 속도 병목을 해소하고 광변조기 성능 표준을 재정의해 나가겠다”고 강조했다.
김영호 기자 lloydmind@etnews.com
