웨이퍼 하나에 안테나·스위치 집적…6G 생산 혁신

서울대 전기·정보공학부 오정석 교수 연구팀이 6G용 안테나와 전파 방향을 조절하는 RF 반도체 스위치를 단일 웨이퍼에서 동시에 만드는 제조 기술을 세계 최초로 개발했다. 서울대 공대가 10일 공개한 ‘웨이퍼 일체형 6G 빔포밍 안테나(STARE)’ 연구 성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재됐다.

STARE는 전파를 송신하는 안테나와 진행 방향을 바꾸는 스위치를 하나로 통합한 장치다. 기존에는 두 부품을 각각 생산한 뒤 개별적으로 연결해야 했지만, 연구팀은 스위치의 크기와 설계 방식을 안테나 구조에 반영해 하나의 웨이퍼에 함께 집적했다. 웨이퍼에 구멍을 내지 않고 양면 금속 구조를 자기적으로 결합하는 방식도 적용해 비용과 전파 손실을 크게 낮췄다.

6G는 기존 이동통신보다 높은 주파수의 전파로 더 많은 데이터를 빠르게 전송하는 것을 목표로 하지만, 주파수가 높을수록 전파가 멀리 퍼지기 어렵고 건물이나 벽에도 쉽게 차단된다. 이를 보완하려면 다수의 소형 안테나를 촘촘히 배치해 전파를 사용자 방향으로 집중해야 한다. 장애물이 있는 구간에서는 전파를 원하는 방향으로 반사하거나 통과시키는 ‘재구성 가능한 지능형 표면(RIS)’이 스마트 거울처럼 작동해 음영지역을 줄인다.

기존 RIS는 안테나 수가 늘면 부품과 배선, 조립 공정이 함께 증가해 장치가 커지고 생산비도 높아지는 한계가 있었다. 이번 기술은 고밀도 안테나를 반도체 칩처럼 일괄 생산해 6G 통신망의 안정성을 높일 기반을 제시했다. 연구팀은 웨이퍼에 소자를 한꺼번에 형성하면 배열 규모가 커져도 조립 공정과 비용이 같은 비율로 증가하지 않는다고 설명했다. 앞으로 파운드리와 협력해 대면적 웨이퍼와 다단계 위상 제어로 확장하고, 지상·위성 통신과 ISAC, 산업용 무선 시스템에 활용할 범용 6G 전파 플랫폼으로 발전시킬 계획이다.