차세대 통신 및 우주 기술을 위한 획기적인 진전으로, 사가대학이 주도하고 일본 우주항공연구개발기구(JAXA) 및 Diamond Semiconductor Inc.와 협력한 연구팀이 다이아몬드를 사용한 고주파 반도체 소자를 성공적으로 개발했습니다. 이번 돌파구는 특히 6G와 위성 통신에서 마이크로파 및 밀리미터파 증폭에 접근하는 방식을 혁신할 것으로 기대됩니다.
새롭게 개발된 이 소자는 기존 실리콘이나 질화갈륨보다 뛰어난 물리적 특성 때문에 흔히 "궁극의 반도체 소재"로 불리는 다이아몬드를 활용합니다. 연구팀은 마이크로파 대역(3~30 기가헤르츠)과 밀리미터파 대역(30~300 기가헤르츠)에서 동작할 수 있는 소자 개발에 집중했습니다.
이 프로젝트의 가장 눈에 띄는 성과 중 하나는 기록적인 성능 지표입니다. 이 소자는 오프 상태 항복 전압 4,266볼트를 입증했습니다. 또한 전력 이득 차단 주파수는 120 기가헤르츠에 도달했습니다. 연구팀에 따르면 이 두 수치는 모두 다이아몬드 기반 소자에서 세계 최고 수준의 성능을 나타냅니다.
이를 달성하기 위해 연구팀은 전자빔 리소그래피를 사용해 폭이 단 157나노미터인 T자형 게이트 전극을 제작하는 등 첨단 가공 기술을 적용했습니다. 또한 게이트 절연층에 사용된 산화알루미늄의 순도를 크게 향상시켰으며, 이는 항복 전압을 높이는 데 매우 중요했습니다.
현재 위성 통신 시스템은 고주파 증폭을 위해 진행파관과 같은 진공관에 크게 의존하고 있습니다. 그러나 이러한 장치는 부피가 크고 수명이 짧습니다. 이 새로운 다이아몬드 반도체 소자는 소형이면서 고효율이고 방사선에 강한 고체 상태 대안으로, 우주의 가혹한 환경과 미래 6G 기지국의 까다로운 요구 사항에 이상적입니다.
연구팀은 실제 적용을 위해 소자를 계속 최적화할 계획이며, Diamond Semiconductor Inc.는 조만간 시제품 판매를 시작할 예정입니다. 이번 성과는 기존 진공관 기술을 견고하고 고성능의 고체 상태 다이아몬드 소자로 대체하기 위한 중요한 발걸음을 의미합니다.
