[반도체소재]
고주파 반도체 특허 출원 증가세

 무선전화의 대중화로 고주파 반도체의 특허 출원이 증가하고 있는 것으로 나타났다.
 고주파 반도체 관련 특허 출원은 무선전화의 대중화와 더불어 1990년대부터 꾸준히 증가해 1995년 74건에서 2000년에는 166건으로 92건 증가한 것으로 조사됐다.
 또 정보기술 관련 시장조사 기업 스트래티지스 언리미티드가 공개한 보고서에서 최근 휴대폰의 폭발적인 성장에 편승해 1999년 39억달러에 달했던 고주파 관련 칩의 세계시장 규모는 2004년에는 77억달러로 2배 가까이 확대될 것으로 예측했다.
 고주파 관련 기술은 삼성전자, 현대전자, LG종합기술원, LG전자기술원, LG정밀, 대우전자에서 개발중이나 주로 나리지*온, 씨티아이반도체, 에이에스비, S&S 테크놀로지, 한마이크로텍, 이언컴, 경인양행, 웨이브 아이씨스, 네오세미테크, FCI, TLI, 에피밸리, 마이크로통신 등 벤처기업을 중심으로 활발히 연구되고 있다.
 현대전자와 ETRI(한국전자통신연구원)가 PCS 단말기에 사용하는 고주파 칩세트를 공동 개발해 2001년 상용화 하기로 했으며, 광전자 반도체와 ETRI가 셀룰러 및 PCS 단말기용 송수신 MMIC 6종의 신제품 발표했다.
 그러나 대부분의 고주파 관련 기술이 개별적으로 개발이 이뤄지고 있어 기술 사양의 표준화 작업이 필요한 것으로 지적되고 있다.
 또 지속적인 성장을 유도하기 위해 기술 개발 및 기술 개발의 추이분석을 통한 특허권 확보 노력이 뒷받침 되야 한다.
 특허출원 현황
 (단위: 건)
 ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
 │구분│1995│1996│1997│1998│1999│2000│
 ├──┼──┼──┼──┼──┼──┼──┤
 │한국│74 │80 │87 │114 │150 │166 │
 ├──┼──┼──┼──┼──┼──┼──┤
 │일본│69 │75 │82 │107 │137 │160 │
 ├──┼──┼──┼──┼──┼──┼──┤
 │미국│54 │59 │64 │84 │108 │123 │
 └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┘
 한편, 이동통신 기술의 핵심인 고주파 반도체 소자는 통상 1GHz 이상의 고주파수 대역 신호를 고속 처리할 수 있는 고주파 시스템에 사용되는 고주파 소자중 반도체 공정을 이용해 제작된 반도체 소자를 총칭한다.
 정보통신 기술의 발달로 공간적·시간적 제약에서 벗어날 수 있는 무선 및 이동통신 분야에서도 다양한 미디어가 요구되고 있으나, 기존의 무선 및 이동통신 주파수 대역에서는 사용자가 원하는 만큼의 충분한 정보를 제공할 수 없고 기존의 공중파 사업자와 통신기업이 점유하고 있어 고품질 무선 및 이동통신 멀티미디어 서비스 기업들은 아직 사용하고 있지 않은 더 높은 고주파영역으로 눈을 돌리게 됐다.
 고주파 반도체 소자는 셀룰러 휴대전화기, PCS 등 기지국과 단말기간의 통신을 이용하는 이동통신, 위성체와 지국국 또는 위성체와 이동 단말기간의 통신을 이용하는 위성통신, 전화국과 전화국, 방속국과 중계국 등 고정된 지역간의 통신 선로를 이용하는 국간통신, PC와 PC, PC와 프린터 등 컴퓨터 주변기기를 서로 연결하는 무선 LAN(Local Area Network) 등의 무선통신 뿐만 아니라 cable TV망을 이용하는 유선통신, 광 케이블을 이용하는 광통신에도 사용되고 있다.
 고주파 반도체 소자는 집적의 정도에 따라 NMIC, MMIC, 개별소자로 분류되며, 기능적으로는 저잡음 증폭기, 주파수 혼합기 등으로 분류된다.
 고주파 반도체 소자를 이용한 통신회로 개발을 위해서 소형화를 위한 집적화가 필수적이며, MMIC(Monolithic crowave Integrated Circuit·단일칩 고주파 집적회로)가 바로 집적화를 위한 주요 기술이다.
 MMIC는 능동소자(고주파트랜지스터)와 수동소자(저항·커패시터·인덕터)를 단일 기판 위에서 구현한 회로 형태를 말한다.
 일반적인 하이브리드 회로에서 수동소자는 유전체 기판 위에 구현되고, 능동소자는 반도체 상에 제작돼 표면실장이나 와이어 본딩 등의 방법을 통해 수동소자와 연결하지만, MMIC는 능동소자기판으로 사용되는 반도체를 수동소자 제작에도 이용해 별도의 연결수단 없이 한 기판 위에 마이크로파 회로 동작에 필요한 모든 RF소자를 구현한다.
 따라서 크기와 무게가 하이브리드 형태에 비해 수십배에서 수백배 이상 작아 경량화, 소량화 되어 가고 있는 휴대 전화기 분야에서 MMIC의 수요가 늘어날 것으로 예상된다.
 아울러 MMIC는 와이어 본딩 과정이 생략돼 패키징 단가를 줄일 수 있으며, 와이어 본딩 과정에서 나타나는 비반복성과 신뢰성 문제를 최소화할 수 있는 장점이 있다.
 고주파 반도체 기술은 소자의 사용 주파수를 높이기 위해 소자 구조를 개발하고 기판 재질을 바꿔 고주파에서의 특성을 향상시키기 위한 연구 및 고주파에서 출력 전력을 증대시키려는 연구로부터 시작됐다.
 무선통신 시스템이 점차 일반화 되면서 단말기의 소형화에 대한 요구가 증대하기 시작함에 따라 고주파 반도체 소자의 집적화를 통한 소형화 연구가 시작됐다.
 소자기술 발달과 통신량의 증대로 통신시스템의 사용 주파수가 점차 높아져 고주파 트랜지스터 기술에 대한 연구가 진행됐으며 특히, 기존의 실리콘 기판을 이용한 소자의 한계로 화합물반도체를 사용한 소자가 중점적으로 연구됐다.
 초기에는 GaAs MESFET(Metal Semiconductor Junction Field Effect Transistor·금속반도체 전계효과 트랜지스터)를 이용한 GHz 대역 소자들이 연구 개발됐으며, 여러 가지 화합물 반도체를 하나의 기본 기판에 성장시킨 다중기판 구조를 이용해 수십 GHz 대역에서 사용 가능한 HEMT(High Electron Mobility Transistor·고전자이동도 트랜지스터)가 개발됐다.
 다중 기판 구조를 이용한 HBT(Hetero-junction Bipolar Transistor·이종접합 쌍극성 트랜지스터)가 수십 GHz 대역 소자로 개발됐으며, HEMT와 HBT는 모두 수십 GHz 대역에서 동작 가능하지만 HBT는 높은 전력소자에 응용이 유리하고 HEMT는 100GHz 대역의 높은 주파수 응용에 유리한 것으로 알려져 있다.
 최근에는 MOS 소자 게이트 길이를 0.1㎛ 정도 작게 제작해 10GHz 대역의 동작이 가능함을 보인 바 있으며, 실리콘과 게르마늄의 다중 기판구조를 이용한 SiGe HBT가 개발돼 고성능 저가격 고주파 반도체 소자의 연구 영역을 확장되고 있다.
 <Chemical Daily News 2001/09/04>
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