경북대 김대현 교수팀, 질화갈륨 전자소자 세계 최초 '700GHz 주파수 장벽' 돌파

세계 3대 반도체 학회서 연구 성과 공개

경북대 전자공학부 김대현 교수팀이 최대 발진 주파수(fmax) 742GHz를 기록한 45나노미터(nm)급 질화갈륨(GaN) 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)를 개발했다.

질화갈륨 고전자 이동도 트랜지스터에서 최대 발진 주파수가 700GHz를 초과한 것은 세계 최초이다.

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

이번 연구 결과는 지난 18일(미국 현지 시간) 미국 하와이 호놀룰루에서 열린 반도체 분야 국제학술대회인 'VLSI 심포지엄 2026'에서 공개됐다.

VLSI 심포지엄은 세계 3대 반도체 학회 중 하나로, 최첨단 반도체 소자 및 회로 기술 분야의 대표적인 국제학술대회로 평가받고 있다.

GaN 반도체는 우수한 물질적 특성으로 인해 고출력 무선주파수(RF) 반도체 분야에서 주목받아 왔다.

그러나 테라헤르츠에 인접한 초고주파 영역은 인화인듐(InP) 기반 소자가 주도해 왔으며, 질화갈륨 소자는 주파수 특성이 낮아 초고주파 응용에 한계가 있는 것으로 여겨져 왔다.

김 교수팀은 45nm 게이트 길이를 갖는 초미세 게이트 공정과 소스·드레인 영역의 접촉 저항을 낮추는 '선택적 n+ GaN 재성장 기술'을 적용해 이 같은 한계를 극복했다.

이를 통해 개발된 GaN HEMT는 fmax 742GHz를 기록했으며, 이는 GaN 트랜지스터의 fmax가 처음으로 700GHz를 넘어선 결과이다.

또한 차단 주파수(fT)와 fmax를 동시에 반영하는 종합 성능지표(favg) 497GHz를 달성하며, GaN 기반 초고주파 전자소자 기술의 새로운 기준을 제시했다.

경북대 김대현 교수는 "이번 연구는 공동연구 기관인 큐에스아이의 화합물 반도체 소자 제작 라인과 대학의 소자 및 회로 연구 역량이 결합된 대표적인 산학협력 성과라는 점에서 의미가 크다"면서 "이번 성과를 바탕으로 6G 및 K-국방용 서브테라헤르츠 주파수 대역을 향한 차세대 GaN 전자소자 연구를 더욱 가속화할 계획이다"고 밝혔다.

이번 연구는 삼성미래기술육성사업과 민군겸용기술개발사업의 지원을 받았으며, 경북대를 중심으로 큐에스아이, 전자통신연구원(ETRI), 아이브이웍스, 카이스트 및 미국 텍사스공과대가 공동으로 수행했다.

영남취재본부 최대억 기자 cde@asiae.co.kr