전기전자공학과

심전도, 혈압과 같은 생체 신호와 대기 가스 정보를 동시에 분석해 질병이나 위험 상황을 알 수 있는 부착형 패치가 개발됐다. 대기오염에 민감한 기저질환자, 노약자의 맞춤형 건강관리나, 밀폐 공간 작업자 모니터링에 쓸 수 있는 기술이다. UNIST 전기전자공학과 김재준 교수팀과 기계공학과 정훈의 교수팀은 심전도, 혈압과 같은 생체 정보와 함께 주변 유해 가스를 동시에 감지해 심혈관 질병이나 이상 상태를 즉시 판별할 수 있는 가슴 부착형 패치를 개발했다고 30일 밝혔다. 이 패치는 아날로그 연산 기반 온칩 인공지능 회로를 이용해 센서가 측정한 측정 데이터를 외부로 보내지 않고 패치 내부에서 바로 분석해 낸다. 판단 결과를 블루투스를 통해 외부로 전송할 수 있어, 관리자가 여러 명을 동시에 원격으로 모니터링할 수 있다. 무거운 원시 데이터(Raw data) 대신 칩이 자체 판단한 가벼운 결괏값만 전송하므로 통신 끊김과 지연은 최소화하고, 통신 자체에 드는 전력 소모를 줄였다. 또 광학 센서를 선택적으로 작동시키는 저전력 회로 설계 기술이 적용돼 한 번 충전으로 장시간 착용할 수 있다. 광학 센서는 혈류 정보를 얻는 역할을 하는데, 기기에서 전력 소모가 가장 많다. 연구진은 심전도 신호 주기에 맞춰 센서를 켜고 끄는 저전력 기술(RPT-PW)을 적용한 결과, 기존 대비 해당 센서부의 전력 소모가 약 83%나 줄었다. 개발된 패치는 고혈압이나 부정맥을 90% 이상의 정확도로 진단했으며, 유해가스 혼합물 분류 실험에서, 92.46%의 진단 정확도를 기록했다. 패치 접착면에 미세 구조 기술이 적용돼, 거친 피부에도 잘 접착되며, 패치를 떼어낼 때는 한쪽 방향으로 쉽게 떨어져 잔여물이 남지 않는다. UNIST 전기전자공학과 조상현 연구원과 김현중 연구원이 제1저자로 참여한 이번 연구는 회로 설계 분야 최고 학술지인 ‘IEEE 저널 오브 솔리드 스테이트 서킷스(Journal of Solid-State Circuits)’ 7월호에 정식 게재될 예정이다. 한편 연구진이 공동 창업한 ㈜앤빅스랩(Anvix Lab)은 개발된 기술을 이전받아 온칩 AI 기반의 차세대 바이오일렉트로넥스 패치 플랫폼 상용화를 추진 중이다. 이번 연구는 산업통상부, 교육부, 과학기술정보통신부의 지원을 받아 수행되었다.

전력과 공간 제약이 큰 우주 위성통신과 6G 통신에서 데이터를 더 적은 전력으로 처리할 수 있는 반도체 소자가 개발됐다. UNIST 전기전자공학과 김명수 교수팀은 산화 2차원 반도체 소재를 기반으로 한 다기능 멤리스터 반도체 소자를 개발했다고 22일 밝혔다. 이 멤리스터 반도체 소자는 통신 고주파 신호의 길을 여닫는 RF 스위치와 연산 소자로 모두 쓸 수 있다. 덕분에 칩 면적을 작게 만들 수 있고, 신호를 다른 회로로 옮기고 변환하는 과정에서 드는 전력과 지연도 낮출 수 있다. 또 한 번 상태를 바꿔 두면 전원을 끊어도 켜짐·꺼짐 상태가 유지돼, 대기 전력 소모가 없다. 태양광 등 제한된 에너지만으로 작동해야 하는 위성 통신 장비나 6G 기지국처럼 전력과 공간 제약이 극심한 시스템에 이 기술이 적합한 이유다. 연구팀은 2차원 반도체 소재인 이황화몰리브덴(MoS2)을 400℃에서 산화시켜 이 같은 소자를 만들었다. 산화 이황화몰리브덴은 전압을 걸었을 때 저항이 낮아져 스위치가 켜지고, 전압을 반대 방향으로 걸면 저항이 높아져 스위치가 꺼지게 된다. 별도로 전압을 걸어주지 않는 한 저항 상태가 유지되기 때문에 대기 전력이 필요 없게 된다. 이 단일 소자를 바둑판처럼 배열한 회로로는 연산을 할 수 있다. 각 소자의 저항(전도도)이 행렬 계산에서 가중치 역할을 할 수 있기 때문이다. 통신에서는 여러 안테나에서 들어온 신호가 서로 섞여 있어서 원하는 신호를 골라내려면 각 신호에 알맞은 비율을 곱해 더하는 행렬 연산이 필요하다. 기존에는 이 계산을 위해 아날로그 고주파 신호를 디지털 신호로 바꾸고, 별도의 프로세서 회로로 데이터를 옮겨 처리해야 했다. 실험에서 이 소자를 한 번 켜거나 끄는 데 드는 스위칭 에너지는 140pJ(피코줄, 10⁻12)로 매우 낮았고, 상태를 바꾸는 동작 전력 역시 1mW(밀리와트) 이하로 측정됐다. 한 번 바뀐 저항 상태는 4만 초 이상 유지되는 비휘발성과 1,000회 이상 반복 동작에서도 안정성을 보였다. 초고속 통신에 쓰이는 고주파 대역의 스위칭 성능은 실험에서 67GHz까지 검증됐다. ON 저항과 OFF 커패시턴스를 기반으로 계산한 차단주파수는 33.2THz에 달했다. 연구팀은 소자 회로의 연산 성능도 시뮬레이션으로 검증해, 1024-QAM 신호 복조와 MIMO 신호 복원이 이뤄짐을 확인했다. 제1저자인 손주호 연구원은 “기존 상용 반도체 고주파 스위치는 지속해서 대기 전력을 소모하고 고주파 대역에서 신호 손실이 발생하는 문제가 있었는데, 이 소자는 이러한 한계를 근본적으로 해결한 기술”이라며 “차세대 상변화 메모리(PCM)나 MEMS와 비교해도 각각 에너지 소모 효율과 초고주파 동작 속도 및 초소형화 측면에서 경쟁력을 갖춘 기술”이라고 설명했다. 김명수 교수는 “이번 연구는 산화 2차원 반도체 기반 멤리스터가 고성능 밀리미터파 RF 스위치뿐 아니라 6G 신호처리에 필요한 인메모리 행렬 연산 하드웨어로도 활용될 수 있음을 보여준 사례”라며, “비휘발성·저전력·고주파 특성을 동시에 확보한 만큼, 위성통신, 레이더, 방산용 전파 제어 시스템, 6G RF 프론트엔드의 소형화와 에너지 효율 향상에 기여할 수 있을 것”이라고 설명했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 한국연구재단, 정보통신기획평가원의 우수신진연구, Space-K BIG 프로젝트, 지역지능화혁신인재양성사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 세계적 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 6월 6일 온라인 공개됐다. (끝)

UNIST 전기전자공학과 연구팀이 우주항공청(KASA)이 주관하는 ‘2026년도 Space-K BIG 프로젝트 사업’ 인공위성·우주임무보증 분야 신규 과제 수행 기관으로 최종 선정됐다. Space-K BIG 프로젝트는 우주 분야 기술개발 역량과 인력양성 기반을 갖춘 대학을 연구센터로 지정해 기초·원천기술을 축적하고, 전문 인재를 체계적으로 길러내는 우주항공청의 핵심 사업이다. 이번 선정으로 UNIST 연구팀은 2030년 12월까지 연구를 수행한다. 총 57억 원의 정부출연금을 지원받아 임무 주도형 초저궤도 위성 플랫폼 개발과 우주 특화 인재 양성에 속도를 낸다. 이번 대형 과제는 전기전자공학과 변강일 교수가 연구책임자를 맡았다. 김명수, 이훈, 박진석, 최민호, 감동윤, 한가원, 정재용 교수가 함께 참여해 학과의 연구 역량을 모은다. 선정된 연구개발과제는 ‘임무 주도형 초저궤도 위성 융복합 플랫폼 원천기술 확보 및 글로벌 인재 양성’이다. 연구팀은 우주 임무에 필요한 핵심 소자와 부품, 플랫폼 기술을 아우르는 융복합 연구를 추진한다. 주요 연구 방향은 세 가지다. 먼저 RF, AI 반도체, 광·전자 소자가 극한 우주 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있도록 신뢰성을 확보한다. 이어 저궤도 위성에 적용할 수 있는 국산 COTS, 즉 상용 완제품을 개발하고, 실제 운용을 통해 우주 헤리티지 확보에 나선다. 또 초저궤도 위성 융합 플랫폼을 구축해 미래 우주 임무에 투입할 수 있는 실전형 기술 기반을 마련한다. 인재 양성도 핵심 축이다. UNIST 연구팀은 국내외 우주항공 분야 기업, 정부출연연구소와 산·학·연 협력 생태계를 꾸려 공동 연구를 수행할 계획이다. 실습과 공동 프로젝트를 연계한 교육 프로그램을 운영해 연구개발과 교육이 맞물려 돌아가는 선순환 체계도 구축한다. 연구책임자 변강일 교수는 “이번 Space-K BIG 프로젝트 선정을 계기로 UNIST가 대한민국 초저궤도 위성 원천기술 연구를 선도하고, 세계적 수준의 우주 특화 인재를 배출할 기반을 마련했다”며 “참여 교수진의 전문성과 협력 기업의 혁신 기술을 결합해 미래 우주 산업에 실질적으로 기여할 성과를 내겠다”고 말했다.

윤성환 교수(인공지능대학원·전기전자공학과)가 디지털인재양성 공로로 부총리 겸 과학기술정보통신부 장관 표창을 수상했다. AI 기술을 제조 현장 교육과 공정 혁신으로 연결해 온 점을 인정받았다. AI를 공장에 적용할 때 가장 큰 변수는 현장이다. 연구실에서 학습한 데이터와 실제 설비에서 들어오는 데이터는 같지 않다. 원료 상태, 장비 조건, 운전 방식, 데이터 품질이 바뀌면 모델의 판단도 흔들릴 수 있다. 제조업에서는 이런 오류가 곧 생산 손실이나 안전 문제로 이어진다. 윤 교수는 이런 한계를 줄이는 ‘강건한 인공지능’ 학습 알고리즘을 개발해 왔다. 강건한 AI는 학습 때 보지 못한 환경 변화가 생겨도 안정적으로 작동하는 기술이다. 정해진 조건에서 높은 정확도를 내는 데 그치지 않고, 실제 산업 현장에서 신뢰할 수 있는 판단을 내리도록 만드는 것이 핵심이다. 그의 연구 역량은 딥러닝 분야 대표 학술대회인 ‘International Conference on Learning Representations(ICLR 2025)’에서 높이 평가됐다. 윤 교수는 AI 기반 최적화 기술인 강화학습 모델의 안정성을 높인 연구로 구두 발표 논문에 선정됐다. ICLR 구두 발표는 제출 논문 가운데 상위 2% 수준의 연구에 주어지는 성과다. 강화학습은 AI가 여러 선택을 시도하고 결과를 학습해 더 나은 결정을 찾아가는 기술이다. 제조 현장에서는 설비 운전 조건을 조정하거나 생산 공정을 효율화하는 데 활용될 수 있다. 다만 공장에서는 한 번의 잘못된 결정도 비용과 안전 리스크로 이어질 수 있다. 윤 교수의 연구는 강화학습이 불확실한 현장 조건에서도 흔들리지 않도록 신뢰성을 높였다는 점에서 주목받았다. 논문으로 검증한 기술은 울산과 동남권 제조업 교육 현장으로도 옮겨졌다. 윤 교수는 UNIST 부임 이후 산업체 재직자 대상 AI 교육 설계와 운영에 참여했다. 교육은 이론 강의가 아니라 현장 문제 해결에 맞춰졌다. 재직자들이 공정에서 겪는 문제를 제시하고, 이를 AI 실습 과제로 바꾸는 방식이었다. 공장 단위 생산·가공 설비에 강화학습 기반 최적화 기법을 적용한 사례도 만들었다. 공정의 안전성과 안정성을 유지하면서 설비 운영을 개선하는 접근이다. AI를 배우는 데서 끝내지 않고 실제 업무 변화로 이어지게 한 점이 이번 표창의 주요 배경으로 꼽힌다. 그는 현재 UNIST가 수행 중인 국가 주요 AI 연구 과제인 ‘AI스타펠로우십’에서 신진 프로젝트 리더로도 참여하고 있다. SK에너지와 협력해 석유화학 산업을 포함한 공정 프로세스에 적용 가능한 강건한 제조AI 원천기술을 개발하고 있다. 윤 교수는 “인공지능이 산업 현장에서 실제로 쓰이려면 높은 성능만으로는 부족하다”며 “환경이 달라져도 안정적으로 작동하는 강건한 AI 원천기술을 발전시키고, 이를 제조 현장의 문제 해결과 디지털 인재 양성으로 이어가겠다”고 소감을 밝혔다.

* 본 보도자료는 한국연구재단 주관으로 작성되었습니다. (바로 가기) □ 국내 연구진이 탄소 조성 제어로 꿈의 신소재 ‘맥신(MXene)*’을 정밀 제어해 초고주파 EMI(Electromagnetic Interference Shielding) 차폐**와 고속 에너지 저장 성능을 세계적 수준으로 끌어올려 주목을 받고 있다. * 맥신(MXene) : 금속과 탄소층이 교대로 쌓인 2차원 나노소재로, 전기전도성이 뛰어나고 다양한 화합물 설계가 가능해 배터리·반도체·센서 분야의 꿈의 신소재로 불림. ** 초고주파 EMI(Electromagnetic Interference Shielding) 차폐 : 차세대 6G 통신, 고해상도 차량용 레이다, 위성 통신 등에서 발생하는 고주파 영역의 전자파 간섭을 막아내는 핵심 기술. □ 한국연구재단(이사장 홍원화)은 울산과학기술원 권순용·최은미 교수 연구팀이 MAX 전구체*의 탄소 조성을 정밀 제어해 맥신의 구조와 기능을 합성 단계에서 선택적으로 설계하는 데 성공했다고 밝혔다. * MAX 전구체 : 맥신을 만들기 위한 전 단계의 초기 원료 물질(화합물) □ 이번 연구성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노․소재기술개발사업의 지원으로 수행됐으며, 재료과학 분야 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 머티리얼즈(Advanced Materials)’에 5월 18일 게재됐다. □ 6G 통신, 자율주행 레이더, 고집적 패키징 등 차세대 전자기기가 고주파 환경으로 빠르게 전환됨에 따라, 전자파 간섭으로 인한 오동작을 막아줄 초박막 차폐 기술의 필요성이 커지고 있다. ○ 그러나 기존 금속계 차폐재는 높은 차폐성에도 불구하고 무겁고 부식에 취약해, 유연·경량·초박막화를 동시에 요구하는 차세대 전자기기에는 제약이 있었다. 이러한 이유로 높은 전도도와 용액공정 적합성을 갖는 맥신 계열 소재가 대안으로 주목받고 있다. □ 최근 맥신의 전기적·구조적 특성을 근본적으로 제어하기 위한 전구체 수준의 조성·구조 설계가 핵심 기술로 주목받고 있다. 연구팀은 맥스 전구체의 탄소 조성을 정밀 제어하는 방법으로 맥신의 구조와 기능을 선택적으로 구현하는 데 성공했다. ○ 탄소가 풍부한 조건에서는 전기전도도가 우수한 평면 나노시트 구조가 형성되어, 100GHz 초고주파 대역에서 탁월한 전자파 차폐 성능과 뛰어난 굽힘 내구성을 나타냈다. ○ 반대로 탄소가 부족한 조건에서는 나노 스크롤 구조가 자발적으로 형성되어 이온 이동 통로가 확장되었으며, 이를 통해 고용량과 압도적인 수명 특성을 가진 고속 에너지 저장 성능을 확보했다. ○ 연구팀은 이번 연구 성과를 통해 전구체 조성 조절만으로 차폐용 평면 시트와 에너지 저장용 스크롤 구조를 하나의 플랫폼에서 맞춤형으로 설계할 수 있음을 입증했다. □ 박재은(제1저자) 연구원은 “평면 시트는 전자파 차폐에, 나노스크롤은 에너지 저장에 유리하다는 점을 실험적으로 입증해 하나의 소재 플랫폼에서 응용 방향을 나눠 설계할 수 있게 됐다”고 밝혔다. ○ 그리고 권순용 교수는 "지난해에는 질소 치환으로 맥신의 전도도와 광대역 차폐 성능을 끌어올렸다면, 이번에는 전구체 조성만으로 맥신 구조 자체를 설계하는 단계로 나아갔다”며, “초박막이면서도 100GHz 대역에서 높은 차폐 성능과 굽힘 내구성을 함께 보여, 차세대 6G·레이다 환경에 필요한 유연 차폐 소재 가능성을 확인했다”고 밝혔다.

반도체 설계 전문가가 수주에서 수개월씩 걸려 작업하던 고성능 통신 반도체 회로 설계를 단 하루 만에 끝낼 수 있는 인공지능 기술이 개발됐다. UNIST 전기전자공학과 윤희인 교수와 경북대학교 송대건 교수팀은 통신 회로인 LC 전압제어 발진기(LC-VCO)를 회로 설계 단계부터 실제 칩에 넣는 물리적 레이아웃까지 자동으로 설계해주는 AI 모델을 개발했다고 5일 밝혔다. LC-VCO는 5G 같은 고속 통신 시스템에서 주파수를 만들어내는 반도체 회로다. 신호 잡음과 전력 소모를 줄이기 위해서는 인덕터, 트랜지스터 크기와 같은 변수를 잘 조합해 회로를 설계해야 하는데, 설계된 회로를 실제 칩 안으로 옮기기 위한 레이아웃 설계 단계에서는 회로 설계 단계의 조합이 깨지기 쉽다. 배선 굵기와 소자 배치에 따라 기생 효과가 더해지면서 주파수와 잡음 특성이 다시 달라질 수 있기 때문이다. 연구팀이 개발한 모델은 회로 설계와 레이아웃 설계를 통합해 최적화할 수 있다. 회로 설계 단계에서는 강화학습을 적용해 설계 변수들을 바꿔가며 목표 주파수와 성능을 만족하는 조합을 찾도록 했고, 실제 칩 구조가 결정되는 레이아웃 단계에서는 경사하강법을 이용해 배선 폭과 간격 같은 물리적 설계 변수를 성능이 개선되는 방향으로 반복적으로 보정하는 방식이다. 경사하강법은 현재 상태에서 성능이 더 좋아지는 방향을 따라 설계 값을 조금씩 조정해 최적의 조건을 찾아가는 최적화 기법이다. 연구팀은 “회로도 설계(Schematic)와 물리적 배치(Layout)를 개별적으로 최적화하던 기존 방식을 대신 AI가 두 단계를 통합적으로 관리하도록 한 기술”이라고 설명했다. 설계 과정에서 가장 시간이 오래 걸리는 인덕터는 딥러닝 기반 예측을 활용해 전체 설계 시간을 크게 줄였다. 설계자의 반복적인 전자기 시뮬레이션이 필요하던 작업을 단 몇 밀리초(ms) 만에 완료된다. 실험 결과, 기존의 자동 설계 방식이 약 119시간 소요되던 작업을 단 28.5시간 만에 완료해 설계 시간을 76% 이상 단축했다. 성능 지수(FoM) 또한 기존 연구 대비 월등히 우수한 결과를 보였다. 또 전이 학습이 적용돼 반도체 나노 공정 노드가 바뀌어도 기존에 학습한 내용을 바탕으로 설계를 이어갈 수 있다. 예를 들어 65nm 공정으로 학습한 AI는 40nm나 28nm 공정에서도 처음 학습에 필요했던 데이터의 약 10%만 추가로 활용해 설계를 수행할 수 있다. 공동 연구팀은 “5G·6G 통신과 AI 칩의 핵심 부품인 주파수 생성 회로의 성능은 높이면서 설계 비용은 크게 낮출 수 있을 뿐만 아니라 중장기적으로 반도체 설계 인력 부족 문제를 해결하고 차세대 공정으로의 전환 속도를 획기적으로 앞당길 수 있는 도구”라고 기대했다. 연구팀은 LC-VCO뿐만 아니라 다양한 아날로그/RF 회로 설계 자동화로 기술을 확장해 나갈 예정이다. 이번 연구는 UNIST 김성진 연구원과 경북대학교 이현수 연구원이 제1저자로 주도하였고 경북대학교 홍성민 연구원이 참여하였다. 연구 결과는 IEEE 반도체 회로 공학회에서 발행하는 권위 학술지인 ‘IEEE 집적회로 및 시스템 설계자동화(TCAD, Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems)’에 4월 3일 온라인 공개됐다. 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단(NRF), 교육부(BK21 Four), 산업통상자원무(MOTIE), 반도체설계교욱센터(IDEC), 삼성전자, ㈜액시온 등의 지원 및 과기정통부와 정보통신기획평가원(IITP)의 '지역지능화혁신인재양성사업'의 지원으로 수행되었다.

대한민국 양자기술 경쟁력 강화를 위한 국가 핵심 연구 인프라가 UNIST에 들어섰다. 13일, 총 300억 원 규모의 국가 양자 소자 개발 시설인 ‘UNIST 양자나노팹(Quantum-Nano FAB)’이 문을 열었다. 이날 108동 1층에서 열린 개소식·심포지엄에서는 양자 소자 설계부터 제작·분석·검증·실증까지 전 과정을 한곳에서 수행할 수 있는 원스톱 자율사용 연구 환경이 공개됐다. UNIST 양자나노팹은 과학기술정보통신부와 정보통신기획평가원(IITP)이 지원한 두 개 사업으로 조성됐다. 양자 소자 설계·제작·분석·검증·실증까지 이어지는 연구 전주기를 한 공간에서 수행할 수 있도록 공정 장비와 분석 체계를 통합한 것이 특징이다. 이 시설은 UNIST가 18년간 운영해 온 개방형 나노팹을 기반으로 구축됐다. UNIST 나노팹은 전국 60여 개 기관이 공동 활용하는 연구 공정을 연간 3만3000여 건 수행하고 매년 800여 명의 자율사용 연구자를 배출해 왔다. 여기에 양자 공정 특화 장비와 전담 지원 체계를 추가하면서 ‘UNIST 양자나노팹’으로 기능을 확장했다. 이번 양자나노팹 개소로 UNIST는 기존 나노 공정 중심 연구 환경에서 양자 소자 공정까지 아우르는 연구 거점으로 확대된다. 이를 바탕으로 울산을 양자·반도체 산업을 연결하는 동남권 혁신 허브로 육성한다는 계획이다. 산업 수도 울산은 자동차·조선·석유화학을 중심으로 발전해 왔지만 첨단 반도체 분야 기반은 상대적으로 부족했다. UNIST는 반도체대학원 설립과 나노팹 구축을 통해 산업 구조 전환의 토대를 마련해 왔으며, 이번 양자나노팹 개소를 계기로 울산을 미래 기술 표준을 창출하는 하이테크 연구·산업 도시로 발전시킨다는 구상이다. UNIST는 양자나노팹 운영 방향으로 △원스톱(One-Stop) △개방형(Openness) △비전(Vision) 등 세 가지를 제시했다. 설계부터 제작·분석까지 한 공간에서 수행하는 연구자 중심 환경이 원스톱 체계이며, 개방형은 60여 개 기관이 공동 활용하는 연구 협력 모델을 의미한다. 비전은 울산 산업 구조를 중화학 중심에서 양자·반도체 기반 첨단 산업으로 전환하는 미래 전략이다. 박종래 총장이 'UNIST 양자나노팹 개소식·심포지엄' 행사에서 환영사를 전하고 있다. 박종래 총장은 개소식 축사에서 “300억 원 규모 투자는 단순한 시설 확충이 아니라 대한민국 양자 기술 역량 강화를 위한 중요한 이정표”라며 “UNIST 양자나노팹을 울산에서 시작되는 양자 생태계의 핵심 플랫폼으로 성장시켜 연구 성과가 기술 고도화와 산업 성과로 이어지는 선순환 구조를 만들겠다”고 말했다. 정일석 교수(개방형 양자 인프라 구축사업 책임자)는 “UNIST 양자나노팹은 연구자들이 첨단 공정 장비와 분석 시설을 자유롭게 활용할 수 있는 중형 개방형 팹의 글로벌 모델이 될 것”이라며 “산·학·연 협력을 촉진하고 국내 양자 기술 연구의 공동 활용 거점으로 자리매김할 것”이라고 전했다. 이날 개소식에는 홍진배 정보통신기획평가원(IITP) 원장과 안효대 울산광역시 경제부시장 등 주요 내·외빈 80여 명이 참석했다. 행사에서는 양자 분야 전문가들이 최신 기술 동향을 공유하는 학술 심포지엄과 실제 공정 라인을 둘러보는 팹 투어(Fab Tour)도 함께 진행됐다.

씻어서 다시 쓸 수 있는 저렴한 센서를 이용한 액체 생검 기술이 개발됐다. 고가의 액체 생검 비용을 낮출 수 있게 됐다. UNIST 전기전자공학과 김명수 교수팀은 KAIST 신우정 교수팀, 연세대학교 강주훈 교수팀과 공동으로 이황화몰리브덴(MoS2)과 고주파(RF)를 이용해 재사용 가능한 고감도 액체 생검 센서를 개발했다고 12일 밝혔다. 액체 생검은 실제 조직을 떼어내지 않고도 혈액이나 체액 속에 떠다니는 DNA 조각을 감지해 암을 찾아내는 기술이다. 하지만 기존 검사법은 감지 센서가 일회용이거나 센서 제작 비용이 커 비용 부담이 있었다. 연구팀이 개발한 이황화몰리브덴 센서는 특수 용액에 씻어내기만 하면, 5회 재사용할 수 있다. 제작도 쉬워 공정 비용도 저렴하다. 이황화몰리브덴 잉크를 기판에 발라 회전시킨 뒤 잉크 속 용매를 날려버리기만 하면 된다. 진단은 센서에 환자 체액을 떨어뜨린 뒤 고주파(RF)를 쏘아 반응을 살피는 방식인데, 표적 DNA가 센서에 달라붙을 때 발생하는 유전율과 저항의 변화가 고주파 신호의 공진 주파수를 이동시키는 원리다. 개발된 센서는 기존 유전자 분석 기술이 놓치기 쉬웠던 '단일 가닥 DNA'만을 검출해낸다. 단일 가닥 DNA는 말기 암이나 림프절 전이 환자에게서 고농도로 발견되는 바이오마커다. 일반적으로 DNA는 단일 가닥이 서로 마주 보고 결합한 이중 나선 가닥 형태로 존재한다. 실험에서 이 센서는 암 진단 지표인 'AluSx1' 유전자 DNA 조각을 154.67nM (나노몰)의 매우 낮은 농도까지 정확하게 검출해냈다. [연구그림] 재사용 할 수 있는 액체 생검 센서의 구조와 작동 및 재생 과정 한편, 센서를 세척 하는 특수 용액에는 상보 염기가 들어가 있다. DNA의 이중 나선은 염기라는 분자가 서로 마주 보고 결합해 생긴 구조인데, 서로 짝을 이룰 수 있는 조합, 즉 상보 조합이 정해져 있다. 센서 표면에 붙어 있던 단일 가닥 DNA가 세척액 속의 짝을 만나 결합하면서 이중 나선이 완성되고, 이중 나선 DNA는 별도 처리 없이도 센서에서 저절로 떨어진다. 이번 연구는 김명수 교수와 신우정 교수가 교신저자로, UNIST 이승찬 연구원과 KAIST 최은호 연구원이 제1저자로 주도했다. 공동 연구팀은 “암 전이와 밀접한 단일 가닥 DNA를 저비용으로 검출할 수 있게 돼, 향후 실제 임상에서 암전이 조기 진단과 예후 모니터링 비용을 획기적으로 낮출 수 있을 것”이라며 “병원을 넘어 가정에서도 손쉽게 암 예후를 관리할 수 있는 자가 진단 기기와 스마트 헬스케어 시스템으로 발전시켜 나갈 계획”이라고 말했다. 이 연구성과는 한국연구재단 개인기초연구(신진연구) 국가아젠다 기초연구, 기초연구실지원사업, BRIDGE융합연구개발사업, 정보통신기획평가원(IITP)의 지역지능화혁신인재양성사업의 지원으로 수행되었으며, 센서 분야의 국제학술지인 ‘센서 앤 액추에이터 B: 케미컬(Sensors and Actuators B: Chemical)’에 1월 22일에 온라인 게재됐다.

반도체 칩 안의 수십억 개의 소자들은 ‘클록’이라는 신호에 맞춰 일사불란하게 작동해야 한다. 데이터를 고밀도로 압축해 고속으로 주고받는 5G·6G 통신이나 고속 연산이 필요한 AI 칩의 경우 클록 신호의 품질이 더 중요해지는데, 고품질 클록 신호를 만들 수 있는 초소형·저전력 반도체 회로 기술이 새롭게 개발됐다. UNIST 전기전자공학과 윤희인 교수팀은 잡음을 획기적으로 줄인 ILCM (Injection-Locked Clock Multiplier) 기반 클록 신호 생성 반도체 회로를 개발했다고 11일 밝혔다. 반도체 칩은 ‘클록(Clock)’이라는 주기적 전기 신호에 맞춰 데이터를 처리한다. 특히 5G·6G 고속 통신칩이나 AI칩처럼 방대한 데이터를 빠르게 처리해야 하는 환경일수록 클록 신호의 품질은 시스템의 성능과 직결된다. 연구팀은 참조 스퍼(Reference spur)라는 잡음을 최소화할 수 있는 ILCM 방식의 클록 신호 생성 회로를 개발했다. ILCM 방식은 클록 신호의 지터(Jitter)라는 잡음은 최소화할 수 있지만 참조 스퍼라는 또 다른 잡음이 필연적으로 발생하는데, 이를 해결한 기술이다. 특히 ILCM 중에서도 소형화에 강점이 있는 링 발진기(Ring VCO) 기반 ILCM 방식을 채택해, 고집적 반도체 칩을 만드는 데 유리하다. 개발된 반도체 회로의 참조 스퍼는 2.1GHz 출력 조건에서 –81.36dBc(반송파 기준 데시벨)를 기록했다. 이는 현재까지 보고된 링 발진기 기반 ILCM 회로 중 세계 최저 수준이다. 지터 역시 280.9펨토초(fs, 1000조 분의 1초)를 달성해 초고속 작동에 적합함을 입증했다. 또 회로 면적도 28nm CMOS 공정으로 제작했을 때 0.0444mm²로 작고, 전력 소모 또한 12.28mW(밀리와트)로 최소화해 공간 제약이 크고 배터리 효율이 중요한 모바일 기기나 사물인터넷(IoT) 센서에 쓸 수 있다. [연구그림] 개발된 클록 생성 반도체 회로의 구조(상단)와 실제 사진 한편, 클록 신호는 저전압과 고전압이 심박처럼 반복되는 주기 형태로, 저전압과 고전압 반복 주기가 1초에 수억 번(MHz)에서 수십억 번(GHz) 수준으로 빠르다. 지터는 이 반복 주기가 일정하지 않은 일종의 ‘신호 주기 오차’다. 고속 통신 칩이나 AI 칩에서는 클록 신호 주기를 더 단축하고, 정확성을 유지하기 위해 깨끗한 참조 신호(Reference)를 강제로 주입해 오차를 보정 하는 방식을 쓰는데, 이 과정에서 신호가 주입될 때마다 ‘참조 스퍼’라는 잡음이 남게 된다. 연구팀은 주파수 추적(SSFTL)과 기준 신호 주입 타이밍 보정(IPTC) 설계방식을 적용해 이 같은 회로를 개발했다고 설명했다. 이번 연구는 남현준, 안효경 연구원이 제1저자로 참여했다. 연구팀은 “ILCM 방식의 클록 생성은 빠르고 효율적이지만 참조 스퍼가 시스템 성능을 제한하는 경우가 많았다”며 “이번에 개발된 기술은 단순한 회로 구조로 참조 스퍼는 최소화하면서도 전력 소모는 크지 않아 6G·AI·고속 인터커넥트용 클록 소스로 폭넓게 활용될 수 있을 것”이라고 말했다. 연구 결과는 IEEE 반도체 회로 공학회에서 발행하는 반도체 회로설계 분야 저명 학술지인 ‘저널 오브 솔리드 스테이트 서킷(Journal of Solid-State Circuits)’에 2월 6일 게재 됐다. 연구는 과학기술정보통신부, 반도체설계교육센터 (IDEC), 과학기술정보통신부와 정보통신기획평가원(IITP)의 '지역지능화혁신인재양성사업'의 지원으로 이뤄졌다.

비닐처럼 얇고 유연하면서도 뜨거운 열을 견딜 수 있는 차세대 고성능 통신 반도체 스위치가 개발됐다. 고온의 열기나 쉴 새 없이 구부러지는 충격 등 가혹한 환경을 버텨야 하는 웨어러블 기기, 자율주행차에서도 안정적인 5G·6G 통신을 가능하게 할 기술로 주목받고 있다. UNIST 전기전자공학과 김명수 교수팀은 단국대학교 김민주 교수팀과 공동으로 고성능 유연 RF 스위치를 개발했다고 8일 밝혔다. RF 스위치는 신호 간섭을 막고 전력을 효율적으로 배분하는 통신 부품이다. 상용화된 RF 스위치는 딱딱하고, 접히면 금 가기 쉬운 무기물을 기반으로 한다. RF 스위치를 기기의 접히지 않는 곳에 배치하는 방식으로 ‘폴더블 휴대폰’은 만들 수 있어도, 완전히 돌돌 말리거나 입을 수 있는 수준의 통신 기기를 만들 수 없었던 이유다. 연구팀이 개발한 RF 스위치는 비닐처럼 얇고 유연한 고분자를 기반으로 함에도 불구하고 내열성이 뛰어나고, 무기물 RF 스위치와 맞먹는 통신 성능을 지녔다. 일반적인 유기고분자 RF 소자는 유연한 장점이 있지만, 열에 잘 녹고 무기물 RF 소자보다 통신 성능이 떨어진다. 특히 5G·6G 대역에서 통신 성능 저하가 심하다. [연구그림] 고분자 기반 유연 RF 스위치의 구조와 내열 및 고주파 대역 성능 검증 결과 실제 실험에서 이 RF 스위치는 128.7℃의 고온 환경에서도 10년 이상 데이터가 유지될 수 있는 수준의 안정성을 보였다. 통신 성능 검증 실험에서는 5G와 6G 통신의 주요 주파수 대역인 밀리미터파(mmWave) 대역을 포함해 최대 5.38테라헤르츠(THz)까지 신호를 안정적으로 전달하고 차단할 수 있었다. ‘5.38테라헤르츠’는 고분자 기반 스위치가 처리할 수 있는 주파수 대역 중 가장 넓은 범위로, 현존하는 유기 고분자 스위치 중 최고 수준의 성능이다. 또 3,600회 이상 반복해서 굽혀도 성능 저하 없이 정상 작동해 탁월한 유연성을 증명했다. 연구팀은 특수 고분자 소재인 ‘pV3D3’를 이용해 이 같은 RF 스위치를 개발할 수 있었다. ‘pV3D3’ 라는 소재는 3차원 그물망 구조라 열에 강하다. 이 소재를 머리카락보다 가는 금박 사이에 적층시켜 RF 스위치를 만들었다. 전압이 가해지면 금박에서 빠져나온 이온이 이동하면서 전기가 흐르는 길이 만들어지고, 전압 방향이 바뀌면 이 통로가 끊어지면서 전류가 차단되는 방식으로 작동한다. 기계적 스위칭 없이 전류 흐름을 껐다가 켜는 멤리스터 방식이다. 이번 연구는 UNIST 박성문, 표창우 연구원과 단국대학교 유지호 연구원이 제1저자로 참여했다. 연구팀은 “기존 전자 소자가 가진 열적 불안정성과 고주파 성능 한계를 동시에 극복했다는 점에서 의미가 크다”고 설명했다. 김명수 교수는 “이번 연구는 유연 소자는 열에 약하고 성능이 떨어진다는 편견을 깬 사례”라며 “향후 고온이나 굴곡진 환경에서도 작동해야 하는 차세대 웨어러블 통신 기기나 IoT 센서, 자율주행차량의 통신 시스템에 폭넓게 적용될 수 있을 것”이라고 기대했다. 이 연구성과는 한국연구재단 개인기초연구(신진연구), 정보통신기획평가원(IITP)의 지역지능화혁신인재양성사업의 지원으로 수행되었으며, 재료 과학 분야의 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, IF: 19.0)’에 지난달 12일 게재됐다.