UNIST, 저전력·비휘발성 무선통신 반도체 개발…6G·자율주행 혁신

[이데일리 김현아 기자] 울산과학기술원(UNIST) 연구진이 차세대 통신기술의 핵심인 고속·저전력 무선통신 반도체 소자를 개발했다.

자율주행과 6G 등 초고주파 통신환경에 최적화된 이 기술은 비휘발성 메모리 소자 구조를 활용해 전력 소모 없이도 설정 상태를 유지하며, 고성능·고집적 통신 장비 구현 가능성을 열었다.

김명수 UNIST 전기전자공학과 교수와 윤태식 반도체소재·부품대학원 교수팀은 바나듐 산화물 멤리스터 기반의 RF(고주파) 스위치 소자를 개발했다고 25일 밝혔다. RF 스위치는 무선 회로에서 주파수 신호의 흐름을 제어하는 장치이고, 멤리스터는 전류가 흐른 이력을 기억해 저항 상태를 유지하는 메모리형 소자로 전원이 꺼져도 설정 상태를 유지할 수 있다.

[연구진사진] 좌측부터 김명수 교수, 표창우 연구원, 이승찬 연구원, 김다현 연구원(제1저자), 서다빈 연구원(제1저자), 류지연 연구원, 윤태식 교수

이 기술은 저전력 동작, 빠른 신호 전환, 넓은 주파수 범위 대응 등을 동시에 구현해 기존 PIN 다이오드나 FET 방식의 한계를 뛰어넘는 성능을 입증했다.

RF 스위치는 무선통신 시스템에서 신호 경로를 선택적으로 연결하거나 차단하는 핵심 소자다. 특히 자율주행차, AR·VR 기기, 6G 이동통신 등에서 수십~수백 기가헤르츠(GHz) 대역을 안정적으로 제어하려면, 낮은 전력 소모와 고절연 성능이 필수다.

이번에 개발된 멤리스터 기반 RF 스위치는 기존 회로처럼 지속적인 전력을 공급하지 않아도 설정 상태를 유지하는 ‘비휘발성’ 특성을 갖는다. 이는 멤리스터 내부에 형성된 저항 상태가 전원이 꺼져도 그대로 남는 원리로, 대기전력이 ‘0’이 되는 구조다. 실제 실험에서도 이 소자는 최대 67GHz의 고주파 신호를 안정적으로 통과시키며, 삽입 손실 0.46dB 이하, 절연도 20dB 이상이라는 고성능을 달성했다.

또한 연구진은 이 스위치를 응용한 가변 대역통과 필터도 함께 개발했다. 이 회로는 중심 주파수를 기준으로 원하는 신호만 선택적으로 통과시키며, 멤리스터 ON/OFF 상태에 따라 7.6~8.2GHz 구간에서 약 600MHz 폭의 주파수 조절이 가능했다. 이는 하나의 필터로 여러 통신 대역을 아우를 수 있어 통신장비의 소형화와 회로 간소화에 기여한다.

김명수 교수는 “바나듐 산화물 기반 멤리스터 구조는 기존 RF 스위치 기술의 한계를 극복하고, 차세대 통신 기기의 프론트엔드를 소형·저전력·고성능으로 구현할 수 있음을 보여줬다”며 “앞으로 6G, 사물인터넷(IoT), 저궤도 위성통신 등 다양한 무선 환경에 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과는 국제 저명학술지 Advanced Science 5월 28일 자에 게재됐으며, 과학기술정보통신부와 한국연구재단, 산업통상자원부 한국산업기술진흥원의 지원을 받아 수행됐다.