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기존 고출력 증폭기 MMIC는 고전압 환경에서 전력 전달 효율이 낮아 에너지 낭비가 크다는 단점이 있습니다.

이에 전력 전달 효율성이 높은 질화갈륨 등 신소자를 이용한 연구가 주목을 받고 있습니다.

질화갈륨 전력증폭기 기술은 무선통신, 위성통신 및 첨단 레이더 등에 활용되는 차세대  핵심부품 기술로 기존 진행파관(Traveling Wave Tube) 방식의 전력증폭기 기술 대비 저비용, 고신뢰성, 긴 수명, 소형, 경량화의 장점을 가지고 있습니다.
 
특히 갈륨비소(GaAs) 기반 전력증폭기에 비해 높은 전력효율을 가지고 있는 혁신 기술로써 현재 전 세계적으로 극소수의 업체만이 개발에 성공한 첨단 기술입니다.

기존 실리콘(Si)이나 갈륨비소(GaAs) 계열의 반도체는 고출력을 위하여 하이브리드(Hybrid) 형태로 여러 개를 묶어 고출력을 얻었습니다.

그러나 질화물(GaN) 전력증폭기 기술은 하나의 칩으로 고출력을 얻을 수 있어 저가격, 소형화가 가능하고, 실리콘 및 갈륨비소 대비 효율이 10%이상 높일수 있습니다.

K대역 GaN 고출력 MMIC칩(2mm×2mm)

X대역 GaN 고출력 MMIC칩(2mm×2mm)


무선통신기기나 레이더의 핵심부품인 전력증폭기를 설계하는 ETRI의 기술이 관련 세계 최고 기업인 영국 ACEAXIS사로부터 러브콜을 받았습니다.

ACEAXIS사는 이동통신용 원격무선장비인 RRH(Remote Radio Head)를 개발한 것을 비롯해 최근에는 세계적 통신장비 회사인 Notel의 무선통신 기술연구소와 합병하고 4세대 이동통신 시장을 겨냥한 해외 글로벌 메이져 통신업체 노키아지멘스, 에릭슨 등에 제품을 공급하고 있습니다.
 
이번에 ETRI가 수주받은 과제는 'S대역(2~4GHz) 50W GaN 위상배열 안테나 시스템용 전력증폭기 설계'기술 입니다.

이는 이동통신기기나  레이더 시스템의 출력을 담당하는 반도체 칩을 질화물(GaN) 웨이퍼 위에 설계하는 것이 핵심입니다.

이 기술은 고도의 기술력을 필요로 하기 때문에 소수의 선진국에서만 보유하고 있습니다.

ETRI는 이미 우수한 성능을 가진 X대역(8~12GHz) 및 K대역(18~26GHz) 질화물(GaN) 전력증폭기를 순수 국내 기술로 개발한 바가 있습니다. 

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사람의 몸 속에 치료기기를 넣어 암세포를 죽일 수 있을까?

LED를 뇌나 혈관, 척추 등에 부착하고, 여기에서 발생되는 빛으로 질병을 진단하거나 치료할 수 있는 것을 가능하게 하는 기반 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐습니다.

KAIST는 신소재공학과 이건재 교수팀이 최근 질화물 반도체 발광다이오드(GaN-LED)를 휘어지는 기판 위에 구현하고, LED에서 발생되는 빛이 암의 항원-항체반응에 의해 감도 차이가 일어나는 것을 확인했습니다.

또 연구팀은 이를 이용해 전립선암의 항체를 검출하는 실험에도 성공했습니다.

Flexible GaN LED

이번 연구를 토대로 LED에서 발생하는 가시광선 영역은 물론 자외선 영역까지의 다양한 파장대의 강한 빛을 이용할 경우 신경세포를 자극할 수 있어 질병을 치료하는데 응용될 수 있을 것이라고 연구팀은 전망했습니다.

GaN(질화갈륨)은 적은 에너지로 높은 효율의 빛을 낼 수 있는 반도체로, 현재 LED TV나 조명 등 산업 전반에 쓰이고 있지만 깨지기 쉬운 성질이 단점입니다.

이에 연구팀은 딱딱한 기판에서 성장된 얇은 고효율 GaN-LED를 유연한 플라스틱 기판에 전사하고, 생체 친화적인 재료를 사용한 바이오센서를 개발해 인체와 유사한 조건에 적용할 수 있도록 만들었습니다.

이번 연구로 인체에 삽입된 유연한 LED는 인간 생명 연장과 건강한 삶의 중요한 과제를 해결할 수 있는 흥미롭고 새로운 분야로 꿈같은 일들이 실현될 수 있을 것이라고 합니다.

이건재 교수

이번 연구결과는 나노분야 세계 최고 소식지인 ‘나노 에너지(Nano Energy)’ 9월호 온라인 판에 게재됐습니다.


또 관련 연구는 2009년부터 국내외에 다수의 특허가 출원·등록되었고, 지난 3월에는 KAIST를 대표하는 브랜드 과제로 선정되기도 했습니다.

이건재 교수는 논문의 공동책임으로 참여한 ETRI 성건용 박사팀과 생체이식형 라벨프리(Label-Free) LED 바이오센서에 대해 후속 연구를 진행 중입니다.


 

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