초고주파 반도체 설계부터 성능 검증까지 전 과정 순수 국내 기술로 완성
포스텍 연구팀이 140GHz 대역에서 작동하는 위상배열 안테나 일체형 송수신 모듈을 개발했다.
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| ▲ 포스텍 전자전기공학과·반도체대학원·반도체공학과 송호진 교수(왼쪽부터), 포스텍 전자전기공학과 최승욱 박사, 포스텍 전자전기공학과 Bahramidashtaki Sirous 연구교수. [포스텍 제공] |
포스텍은 전자전기공학과·반도체대학원·반도체공학과 송호진 교수, 전자전기공학과 최승욱 박사, 전자전기공학과 Bahramidashtaki Sirous 연구교수 연구팀이 반도체 기업 LB세미콘과 공동연구를 통해 140GHz 대역에서 작동하는 '위상배열 안테나 일체형 송수신 모듈'을 세계 최초로 개발했다고 10일 밝혔다.
이번 연구는 초고주파·무선통신 분야 최고 권위 학술지인 'IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques'에 게재됐다.
100GHz(기가헤르츠)가 넘는 초고주파 대역은 차세대 통신의 '노른자 땅'으로 불린다. 전파의 파장이 짧아 사물을 밀리미터 단위로 세밀하게 감지할 수 있어 자율주행차의 초정밀 레이더나 고해상도 이미징 센서의 핵심 자원이다.
그중 140GHz 대역은 공기 중을 지날 때 신호가 덜 손실돼 초고속 통신과 정밀 센싱을 동시에 노릴 수 있다.
문제는 스마트폰과 컴퓨터에 두루 쓰여 값싸고 대량생산에 유리한 '표준 실리콘 CMOS' 공정이 100GHz를 넘어서면 신호가 급격히 새어 나가고 회로를 만들기 까다로워진다.
특히 핵심 부품과 패키징 기술 상당 부분을 해외에 의존해 온 탓에 우리 손으로 만든 기술과 가격 경쟁력을 확보하는 일이 시급한 과제였다.
연구팀은 독자적인 회로 설계 기술로 이 한계를 정면 돌파했다. 특수한 수학 규칙인 '비티 수열'을 안테나 배열에 적용해 전파끼리 방해하는 간섭을 말끔히 걷어냈고 신호를 원하는 방향으로 정밀하게 쏘는 '빔포밍(전파 집중)' 기술로 손실을 최소화했다.
전파를 한 방향으로 집중시키는 이 기술 덕분에 초당 32기가비트라는 초고속 데이터 전송 속도를 입증했다. 여기에 웨이퍼 위에서 회로와 안테나를 한 번에 붙이는 '팬아웃 웨이퍼 레벨 패키징(FOWLP)' 기술을 더해 따로 조립할 필요 없이 대량생산이 가능해졌다. 성능은 끌어올리고 가격은 낮췄다.
안테나와 신호를 주고받는 회로를 하나로 합친 이 모듈은 초고주파 반도체 설계부터 파운더리, 반도체 패키징 후공정, 성능 검증까지 전 과정을 순수 국내 기술로 완성했다는 점에서 의미가 크다.
송호진 교수는 "대학의 독창적인 초고주파 회로·안테나·패키지 설계 기술과 국내 산업계의 첨단 공정 솔루션이 긴밀하게 만나 이뤄낸 산학 협력의 대표적 결실"이라며 "학계가 한계를 먼저 분석해 대안을 제시하고 산업계가 축적된 역량으로 이를 완벽히 제품으로 구현했다"고 말했다.
KPI뉴스 / 장영태 기자 3678jyt@kpinews.kr
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