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"기존 2차원 이황화몰리브덴(MoS₂) 소재의 대면적 공정 한계를 용액 공정으로 극복하고, 소재 결함으로 치부되던 빈자리를 저전압 스위칭 통로로 역이용한 것이 핵심입니다"
박성민 울산과학기술원(UNIST) 연구원은 29일 서울 삼성동 코엑스에서 열린 '2026 K-프리미어 딥테크 페스타'에서 차세대 통신용 비휘발성 무선주파수(RF) 스위치 기술을 공개하며 이같이 밝혔다. 박 연구원은 김명수 UNIST 전기전자공학과 교수팀 소속으로 이날 대리 발표를 맡았다. 김 교수팀은 4대 과학기술원(KAIST·DGIST·UNIST·GIST) 연구 성과 평가에서 기술의 완성도와 상용화 가능성을 인정받아 장려상을 수상했다.
RF 스위치는 스마트폰은 물론 이동통신 기지국, 통신위성, 위상배열 안테나 등에서 무선 신호의 이동 경로를 선택하거나 차단하는 핵심 부품이다. 최근 AI(인공지능), 자율주행, 사물인터넷(IoT) 확산으로 무선 데이터 전송량이 급증하면서, 신호 손실을 최소화하고 전력 소모를 대폭 줄인 초저전력 RF 스위치의 중요성이 커지고 있다.
기존 상용 RF 스위치는 특정 경로를 유지하기 위해 전력을 지속적으로 흘려보내야 하거나 높은 구동 전압이 필요해 에너지 효율이 떨어지는 한계가 있었다. 반면 연구팀이 개발한 비휘발성 RF 스위치는 나노초 단위의 짧은 전기 펄스로 경로를 바꾼 뒤 별도의 전력 공급 없이도 해당 상태를 그대로 유지한다.
연구팀은 2차원 반도체 물질인 이황화몰리브덴을 구리와 금 전극 사이에 배치해 스위칭 소자를 구현했다. 특히 박막 내부에 존재하는 미세 틈과 황 원자 빈자리를 결함으로 제거하는 대신, 구리 전도 경로 형성에 역이용했다. 이를 통해 구동 전압을 대폭 낮추고 소자의 균일성을 끌어올렸다.
대면적 생산 가능성도 확인했다. 연구진은 이황화몰리브덴을 잉크 형태로 만들어 기판에 코팅하는 용액 공정을 적용했다. 그 결과 94.4%의 면내 균일도를 확보했으며 6인치 이상 웨이퍼에서도 균일한 박막을 형성할 수 있는 가능성을 제시했다.
성능 지표 역시 차세대 통신 규격을 충족했다. 최대 67GHz(기가헤르츠)에서 신호 손실은 0.1dB(데시벨) 이하를 기록해 입력 신호의 97.72%를 온전히 전달했다. 신호 차단 성능을 나타내는 격리도 역시 35dB 이상을 달성했다
스위치 전환 속도는 켜질 때 64ns(나노초), 꺼질 때 76ns였다. 전환에 필요한 에너지는 각각 2.38nJ(나노줄), 1.57nJ에 불과했다. 상온에서 100만초 이상 상태를 유지했으며 2000회 이상의 반복 동작도 확인했다.
유연한 폴리이미드 기판 위에서 1000회 이상 구부린 뒤에도 성능 저하가 나타나지 않았다. 연구팀은 안테나 송수신 경로 제어 회로와 위상 제어 회로 등에 소자를 실제 적용해 통신 모듈 적용 가능성을 마쳤다. 향후 6G 통신장비와 저전력 위성통신 시스템, 고밀도 안테나 등의 배터리 수명을 대폭 늘리고 통신 효율을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다.
한편 이날 행사에서는 KAIST·DGIST·UNIST·GIST 등 4대 과학기술원의 주요 연구 성과가 소개됐다. 행사에서는 기술 발표와 함께 수요기업과 각 과학기술원 교수·연구자 간 일대일 상담 및 컨설팅도 진행됐다.
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