연구원들이 6G 전송을 가속화할 반도체 기술에서 획기적인 진전을 이루었습니다.

교통 체증을 없애는 자율주행 자동차, 집에서 나가지 않고도 즉시 건강 진단을 받는 것, 대륙 건너편에 있는 사랑하는 사람의 손길을 느끼는 것 등은 공상과학 소설에 나오는 이야기처럼 들릴지도 모릅니다.

하지만 브리스톨 대학이 주도하고 오늘 Nature Electronics 저널에 게재된 새로운 연구 에 따르면, 반도체 기술의 획기적인 발전 덕분에 이 모든 것과 그 외의 것들이 현실에 한 걸음 더 가까워질 수 있을 것으로 보입니다.

미래지향적인 개념은 기존 네트워크보다 훨씬 빠르게 방대한 양의 데이터를 통신하고 전송할 수 있는 능력에 의존합니다. 따라서 물리학자들은 전 세계 수많은 사용자들 사이에서 이 과정을 가속화하는 혁신적인 방법을 개발했습니다.

브리스톨 대학교 물리학과 교수이자 공동 주저자인 마틴 쿠발은 이렇게 말했습니다. "향후 10년 안에 이전에는 상상조차 할 수 없었던 기술들이 광범위한 인간 경험을 혁신할 수 있게 될 것입니다. 원격 진단 및 수술, 가상 교실, 심지어 가상 휴가 관광까지 포함하는 의료 기술의 발전을 포함하여 그 이점 또한 광범위할 것입니다.

또한, 첨단 운전자 보조 시스템은 도로 안전을 개선하고 산업 자동화를 통해 효율성을 높일 수 있는 상당한 잠재력을 가지고 있습니다. 6G의 활용 분야는 무궁무진하며, 그 한계는 인간의 상상력에 달려 있습니다. 따라서 우리의 혁신적인 반도체 발견은 매우 흥미롭고, 이러한 발전을 빠르고 대규모로 추진하는 데 도움이 될 것입니다.

5G에서 6G로의 전환이 반도체 기술, 회로, 시스템 및 관련 알고리즘의 근본적인 업그레이드를 요구한다는 것은 널리 알려진 사실입니다. 예를 들어, 관련 주요 반도체 부품, 즉 질화갈륨(GaN)이라는 놀라운 도체로 제작된 무선 주파수 증폭기는 훨씬 더 빠르고, 더 높은 전력을 방출하며, 더 높은 신뢰성을 갖춰야 합니다.

국제 과학자와 엔지니어로 구성된 팀은 새로운 아키텍처를 테스트하여 이 특수 GaN 증폭기를 전례 없는 수준으로 끌어올렸습니다. 이는 GaN에서 래치 효과를 발견함으로써 가능했으며, 이를 통해 훨씬 더 뛰어난 무선 주파수 소자 성능을 구현할 수 있었습니다. 이 차세대 소자는 병렬 채널을 사용하며, 100nm 미만의 사이드 핀(소자를 통과하는 전류 흐름을 제어하는 ​​트랜지스터의 일종)을 사용해야 합니다.

공동 주저자인 브리스톨 대학교 명예 연구원 아킬 샤지 박사는 다음과 같이 설명했습니다. "저희는 협력 연구진과 함께 초격자 성층 전계 효과 트랜지스터(SLCFET)라는 소자 기술을 시험했습니다. 이 기술은 100nm 미만의 폭을 가진 1,000개 이상의 핀이 전류 구동을 지원합니다. SLCFET는 75GHz~110GHz에 해당하는 W-대역 주파수 범위에서 가장 높은 성능을 보였지만, 그 원리는 아직 밝혀지지 않았습니다.

"우리는 그것이 GaN의 래치 효과이며, 이를 통해 높은 무선 주파수 성능이 가능하다는 것을 알아냈습니다."

연구진은 초정밀 전기 측정과 광학 현미경을 동시에 사용하여 이 효과가 정확히 어디에서 발생하는지 파악해야 했습니다. 그래야만 더 깊이 연구하고 이해할 수 있었습니다. 1,000개가 넘는 지느러미를 분석한 결과, 가장 넓은 지느러미에서 이 효과가 발생하는 것으로 나타났습니다.

왕립 공학 아카데미 신기술 위원장이기도 한 쿠발 교수는 다음과 같이 덧붙였습니다. "또한 저희는 관찰 결과를 더욱 검증하기 위해 시뮬레이터를 사용하여 3D 모델을 개발했습니다. 다음 과제는 실제 응용 분야에서 래치 효과의 신뢰성 측면을 연구하는 것이었습니다. 장기간에 걸친 엄격한 장치 테스트 결과, 래치 효과가 장치의 신뢰성이나 성능에 부정적인 영향을 미치지 않는 것으로 나타났습니다.

"이러한 신뢰성을 뒷받침하는 핵심 요소는 각 핀 주위에 얇은 유전체 코팅 층이 있다는 것을 발견했습니다. 하지만 가장 중요한 결론은 분명했습니다. 래치 효과는 수많은 실용적인 응용 분야에 활용될 수 있으며, 이는 앞으로 수년 동안 사람들의 삶을 다방면으로 변화시키는 데 도움이 될 수 있습니다."

이 연구의 다음 단계는 장치의 전력 밀도를 더욱 높여 더욱 높은 성능을 제공하고 더 넓은 사용자에게 서비스를 제공하는 것입니다. 업계 파트너들도 이러한 차세대 장치를 상용 시장에 출시할 예정입니다.

브리스톨 대학의 연구자들은 다양한 응용 분야와 환경에서 전기적 성능과 효율성을 개선하는 데 앞장서고 있습니다.

쿠발 교수는 차세대 반도체 전자 소자(넷제로, 통신 및 레이더 기술)를 개발하는 소자 열화상 및 신뢰성 센터(CDTR)를 이끌고 있습니다. CDTR은 또한 광범위 및 초광범위 밴드갭 반도체를 활용하여 소자의 열 관리, 전기적 성능 및 신뢰성을 향상시키는 연구를 진행하고 있습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/05/250522183216.htm