양자컴퓨팅 시대 여는 문…김대현 교수팀, 800㎓ 초고주파 소자 세계 첫 구현

경북대 김대현 교수팀, 극저온 환경 세계 최고 성능 반도체 소자 개발
극저온 4K 환경서 fT·fmax 모두 800㎓ 돌파…세계 최초 기록
기생저항 물리 해석 병행…차세대 반도체 설계 방향 제시

경북대 김대현 교수

경북대 손승우 박사과정생

경북대 김대현 교수 연구팀이 극저온 환경에서 세계 최고 수준의 성능을 갖춘 반도체 전자소자를 개발했다. 차단 주파수와 최대 공진 주파수가 모두 800㎓를 넘은 것은 이번이 세계 최초다. 양자컴퓨팅 기술 발전에 핵심적인 기반 기술로 평가받고 있다.

경북대학교(총장 허영우) 전자공학부 김대현 교수팀이 극저온 환경인 4K에서 차단 주파수(fT)와 최대 공진 주파수(fmax)가 각각 813㎓, 807㎓를 기록한 고전자 이동도 트랜지스터(HEMTs) 반도체 소자를 개발했다. 이 수치는 기존 기록인 fT 662㎓, fmax 653㎓를 뛰어넘는 수치로, 극저온 환경에서 두 값이 모두 800㎓를 초과한 것은 세계 최초 사례다.

이 연구 성과는 2025년 일본 교토에서 열린 'VLSI 심포지엄(Symposium on VLSI Technology ＆ Circuits)'에서 발표됐다. VLSI 학회는 반도체 분야 세계 3대 학회 중 하나로, 일본과 미국에서 번갈아 개최되며 글로벌 최고 권위를 인정받고 있다.

김 교수팀이 개발한 인듐갈륨비소(InGaAs) 기반 화합물 반도체는 특히 동작 속도와 대역폭 특성이 모두 탁월하게 균형 잡혀 있다는 평가를 받는다. 연구팀은 성능 개선뿐 아니라 그동안 과대 해석돼온 주요 특성 중 하나인 기생 저항(source resistance)에 대한 정확한 물리 해석도 병행했다.

김대현 교수는 "극저온 환경에서 동작하는 전자소자의 정확한 물리적 해석은 양자 컴퓨팅 시스템 발전에 매우 중요하다"며 "이번 연구 결과를 기반으로 차세대 양자컴퓨팅 시스템 개발을 가속할 수 있을 것으로 기대된다"고 밝혔다.

이번 연구는 경북대 김대현 교수와 손승우 박사과정생, 국내 양자컴퓨팅 전문기업 큐에스아이(QSI), 스웨덴 저잡음 증폭기 전문기업 LNF(Low-Noise Factory)와 공동으로 수행됐다. 연구는 삼성미래기술육성사업, 과학기술정보통신부의 '차세대화합물반도체핵심기술개발사업', 산업통상자원부의 '국제공동기술개발사업'의 지원을 받아 진행됐다.