발열문제 해결 저전력 테라헤르츠 양자 소자 개발
2025-12-31 이다예 기자
UNIST는 물리학과 박형렬 교수팀이 아주대 물리학과 이상운 교수팀과 함께 기존 양자 소자가 강한 전기장을 견디지 못하고 녹아버리던 문제를 해결한 새로운 테라헤르츠 양자 소자를 개발했다고 30일 밝혔다.
테라헤르츠 양자 소자는 기존 반도체의 느린 작동 속도로는 감당하기 어려웠던 6G 통신 등 초고속 신호 처리를 가능하게 할 차세대 소자로 꼽힌다. 1초에 수조번 진동하는 테라헤르츠파로 유도한 전자의 터널링을 이용하기 때문이다. 문제는 터널링을 일으키기 위해서 3V/nm라는 매우 강한 테라헤르츠파 전기장을 가해줘야 한다는 점이다.
연구팀은 기존 4분의1 수준의 약한 전기장에도 터널링이 잘 일어나는 테라헤르츠 양자 소자를 개발했다.
연구팀은 최적화된 원자층증착 공정을 이용해 이 같은 구조의 고품질 소자를 제작해냈다. 원래 이산화티타늄 박막을 금속 전극 위에 입히게 되면, 원자 크기의 미세 구멍(산소 공극)이 만들어지는 불량이 잘 발생한다.
개발된 소자는 약 0.75V/nm의 전기장에서도 안정적인 터널링 구동을 보였다. 또 이산화티타늄의 뛰어난 열 배출 성능 덕분에 테라헤르츠파 투과율을 최대 60%까지 조절하는 조건에서도 1000회 이상 성능 저하 없이 안정적으로 작동했다.
박형렬 교수는 “테라헤르츠 양자 소자의 상용화를 가로막던 가장 큰 걸림돌인 고전압 구동과 열 파괴 문제를 근본적으로 해결했다”며 “6G 시대를 넘어선 미래 광통신 소자, 고감도 양자 센싱 분야의 원천 기술이 될 것”이라고 강조했다.
이다예기자 ties@ksilbo.co.kr