초고속 광통신 IC 세계 첫 개발

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초고속 광통신 IC 세계 첫 개발
양자효과 소자 '공명 터널 다이오드' 이용

KAIST 양경훈 교수팀



전 세계적으로 실용화를 목적으로 한 양자효과(Quantum Effect) 소자 개발이 한창인 가운데 국내 연구진이 세계 최초로 이를 이용한 초고속 통신시스템용 집적회로(IC)를 개발하는데 성공했다. 양자효과 소자를 이용한 IC 개발은 미국, 일본, 유럽에서도 30년 넘게 지속되고 있지만 아직 성공하지 못하고 있어 앞으로 이 분야의 원천기술에서 우리나라가 영구적인 주도권을 확보할 수 있게 됐다.

KAIST 전자전산학과 양경훈 교수팀은 25일 교육과학기술부 21세기 프론티어연구개발사업인 테라급나노소자개발사업의 지원을 받아 8년간의 연구 끝에 양자효과 소자인 `공명 터널 다이오드(RTD)'를 이용해 초고속 통신시스템의 핵심부품인 40Gbps급 멀티플렉서 집적회로를 개발했다고 밝혔다.

초고속 멀티플렉서는 정보통신기술(ICT)의 핵심이 되는 초고속 광통신 시스템 송수신 모듈의 핵심부품으로 2011년 32조원에 달할 것으로 전망되는 전세계 광통신 시스템 시장에서 확실한 우위를 점할 것으로 기대된다.

이 초고속 멀티플렉서는 나노 크기에서 일어나는 양자효과 중 하나인 `공명 터널 현상'을 이용한 반도체 소자인 `공명 터널 다이오드'를 기반으로 한 것으로 대만의 TSMC와 독일 인피니온이 개발한 멀티플렉서에 비해 트랜지스터(소자) 수는 42개(TSMCㆍ인피니온)에서 19개로 줄이고, 소비전력은 4분의1 이하(인피니온 100mW, TSMC 110mW→22.5mW)로 대폭 낮춘 것이 최대 특징이다. 현재 차세대 40Gbps급 이상 통신시스템의 핵심부품으로는 상보성금속산화물반도체(CMOS) 전자소자 등을 이용한 집적회로가 널리 사용되고 있으나 전력소모가 너무 많다는 문제에 부딪혀 있다.

특히 양 교수팀이 개발한 초고속 멀티플렉스는 현재까지 개발된 나노ㆍ양자소자 중 상온에서 가장 안정적으로 동작하는 데다 현재 상용화되고 있는 기존 반도체 소자와 호환이 가능하다는 점에서 실용화 단계에 매우 근접해 있다는 평가를 받고 있다.

그러나 이 기술을 실용화하기 위해서는 화합물 반도체 기반의 집적회로 제작기술을 필요로 하는데 현재 국내에는 이같은 기술을 갖고 있는 곳이 없어 이 기술을 활용한 100% 국산화에 어려움을 겪고 있다. 이에 따라 양 교수는 "국내 기술개발 수준과 상황을 최대한 고려하면서 미국 업체와의 협력도 생각하고 있다"고 말했다.

양 교수는 "양자소자를 이용할 저전력 회로개발은 기존 CMOS 기술의 한계를 극복할 대안으로 세계에서 가장 앞서는 기술"이라며 "광통신 시스템 핵심 부품에서 차세대 원천기술을 확보한 것은 물론 이 분야의 기술독립을 위한 초석을 마련한 것으로 평가할 수 있다"고 말했다.

한편 이 연구결과는 지난 5월 26일 프랑스 파리에서 열린 `IEEE IPRM 국제학술대회'에서 발표됐으며 8월 18일 미국 알링턴에서 열리는 `IEEE 국제나노테크놀로지학회'에서도 발표될 예정이다.

박상현기자 psh21@

◇용어=양자효과는 원자와 분자의 세계에서 물질이 입자로서의 성질과 함께 파동으로서의 성질도 보이는 것을 말한다. 공명터널 다이오드는 전자의 흐름이 양자로 인해 전류에 따라 급격히 변하는 현상을 이용한 소자로 전압이 커지면서 전류는 작아지는 부성미분저항(NDR)이라는 좋은 성질을 갖고 있다. 일반적인 소자들은 전압이 커지면 전류도 커져 소비전력이 많아지는 단점이 있다.



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