경북대, 차세대 반도체 성능 세계 신기록… '700GHz 장벽' 첫 돌파

경북대 중심으로 ETRI·KAIST·미국 텍사스공대 등 공동연구
세계 3대 반도체 학회 'VLSI 심포지엄 2026'서 공개
6G·위성통신·차세대 레이더 활용 기대

(왼쪽부터)경북대학교 반도체융합기술연구원 이인근 박사후연구원(참여저자), 경북대 전자공학부 박완수 박사과정생(제1저자), 경북대 전자공학부 김대현 교수(교신저자). 경북대 제공

경북대학교 연구팀이 차세대 6G 통신과 국방 기술의 핵심 부품으로 주목받는 질화갈륨(GaN) 반도체 분야에서 세계 최초로 '700GHz 주파수 장벽'을 돌파했다.

경북대는 전자공학부 김대현 교수팀이 최대 발진 주파수(fmax) 742GHz를 기록한 45나노미터(nm)급 질화갈륨 고전자이동도트랜지스터(HEMT)를 개발했다고 23일 밝혔다. 질화갈륨 기반 전자소자의 최대 발진 주파수가 700GHz를 넘어선 것은 이번이 처음이다.

이번 연구 성과는 지난 18일(현지시간) 미국 하와이 호놀룰루에서 열린 세계적 반도체 학술대회인 'VLSI 심포지엄 2026'에서 공개됐다. VLSI 심포지엄은 최첨단 반도체 소자와 회로 기술 분야를 다루는 세계 3대 반도체 학회 중 하나로 꼽힌다.

질화갈륨 반도체는 높은 출력과 우수한 전력 효율을 바탕으로 이동통신 기지국, 위성통신, 레이더 등에 활용되는 핵심 소재다. 하지만 지금까지는 테라헤르츠(THz)에 가까운 초고주파 영역에서 성능 한계가 있어 인화인듐(InP) 기반 소자가 주도적인 위치를 차지해 왔다.

연구팀은 이 같은 한계를 극복하기 위해 45nm급 초미세 게이트 공정과 함께 소스·드레인 영역의 접촉 저항을 낮추는 '선택적 n+ GaN 재성장 기술'을 적용했다.

그 결과 개발된 소자는 최대 발진 주파수 742GHz를 기록하며 세계 최초로 700GHz를 넘어섰다. 또한 차단 주파수(fT)와 최대 발진 주파수(fmax)를 함께 반영한 종합 성능지표(favg)에서도 497GHz를 달성해 질화갈륨 기반 초고주파 전자소자의 새로운 기준을 제시했다.

이번 성과는 향후 6세대 이동통신(6G), 서브테라헤르츠 대역 통신, 차세대 레이더, 위성통신, 국방용 전자장비 등 초고주파 기술이 필요한 분야에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다.

김대현 경북대 전자공학부 교수는 "이번 연구는 질화갈륨 고전자이동도트랜지스터의 무선주파수(RF) 성능 한계를 한 단계 끌어올린 성과"라며 "세계 최초의 700GHz급 최대 발진 주파수 달성을 통해 질화갈륨 반도체의 초고주파 응용 가능성을 실증했다"고 밝혔다.

이어 "공동연구 기관인 큐에스아이의 화합물 반도체 제작 인프라와 대학의 소자·회로 연구 역량이 결합된 대표적인 산학협력 성과"라며 "6G와 K-국방용 서브테라헤르츠 주파수 대역을 겨냥한 차세대 질화갈륨 전자소자 연구를 더욱 가속화할 계획"이라고 말했다.

한편 이번 연구는 삼성미래기술육성사업과 민군겸용기술개발사업의 지원을 받아 수행됐으며, 경북대를 중심으로 큐에스아이, 한국전자통신연구원(ETRI), 아이브이웍스, KAIST, 미국 텍사스공과대학교 연구진이 공동 참여했다.