[연구자명]

이병훈(지도교수), 김민재, 김기영, 이해원, 전재현, 김준, 조재민

[연구제목]

첨단소재원천기술성장지원-Development of commercially competitive LNA using noise free electronic device with phase composite semiconductor channel materials

[연구내용 요약]

본 연구는 1/f noise free 전자소자를 이용하여, Low Noise Amplifier(LNA)를 구현하고, 상업적으로 경쟁력있는 시제품 설계, 제작, 생산관련 원천기술을 확보하는 것을 목표로 두었다.
지금까지는 1/f noise가 전하의 자연적인 열적 섭동에 의해 발생하기 때문에 원천적인 제거가 불가능하다고 알려져 있었으나, 기수행과제 및 후속 연구과정을 통해 상온에서 1/f noise가 전혀 발생하지 않고, white noise level도 order of magnitude가 감소하는 전혀 새로운 형태의 전자소자를 구현할 수 있게 되었다. 본 연구팀에서는 이 소자를 1/f noise free 전자소자로 명명했으며, 동작원리 및 응용에 대한 후속연구가 시작된 지 2년도 안된 매우 혁신적인 기술이다. 또한, 본 연구진은 상복합소재 성장기술, 상복합소재를 이용한 1/f noise free 전자소자 구조특허, 상복합소재를 이용한 전자소자 제조에 필요한 집적공정 원천기술 및 노하우를 다수 보유하고 있다.
이를 활용하여, 상복합소재기반 1/f noise free 소자를 적용한 Low Noise Amplifier(LNA)의 상용화를 목표로 하며, 상복합소재기반 1/f noise free 소자는 다양한 분야에 응용이 가능한 씨앗기술이므로 소자특성 이해 및 응용고도화와 관련된 새로운 연구분야 창출이 기대된다.

[성과와 관련된 이미지 및 설명]

본 그림은 기수행과제 및 후속연구를 통해 증명한 내용으로, zero transconductance 특성이 전류구동에 참여하는 전하의 개수가 상수에 가까울 정도로 일정하게 유지되는 특이한 현상에서 발생하였으므로, 이 소자에서는 전하갯수 섭동에 의한 1/f noise 발생이 줄어들 가능성이 예측되었고, 이를 실험적으로 증명한 그림이다. 통상적인 산화물 반도체 소자와 유사한 구조를 갖는 상복합소재 채널의 구조(a)와 양자우물구조를 가진 상복합소재 채널구조(b)를 이용한 FET의 1/f noise 특성 비교 결과 (b)구조의 경우 1/f noise가 관찰되지 않음을 확인할 수 있다.

[연구결과의 진행 상태 및 향후 계획]

본 연구는 성과창출형의 지정 공모로 선정된 과제로서, 상온 동작이 가능하며 1GHz 이상의 동작주파수를 달성하는 고성능∙고신뢰성 Low Noise Amplifier(LNA, Noise Figure <0.2dB)) 구현 및 그를 위한 집적공정과 회로설계 기술 개발을 목표로 한다. 이를 위해 상복합 반도체 소재 기반 CMOS 집적공정 및 회로설계 기술 개발 및 상온에서 동작하는 고성능 LNA 개발과 시작품 3종 개발까지 순차적으로 진행하고자 한다.
또한, 웨이브피아사의 LNA 설계경험 및 평가인프라와 포스텍 나노융합기술원(NINT, 8인치 집적공정), 반도체기술융합센터(CSTC, 6인치 집적공정)의 집적공정시설을 활용하여 3종의 시제품을 본 과제기간 내 제작하여 성능을 체계적으로 검증할 계획이다.