국내 최초 우주환경용 화합물반도체 수동소자 방사선 영향 정량화 성공

국립목포대학교 반도체공학과 김민수·황현준 교수 연구팀이 차세대 우주·항공 및 국방 시스템의 핵심 소재인 갈륨비소 화합물반도체 공정 내 수동소자가 방사선 환경에서 겪는 성능 열화 메커니즘을 정량적으로 규명하는 데 성공했습니다.

최근 저궤도(LEO) 위성과 우주 탐사선에 탑재되는 통신 및 전력 장비에는 실리콘 대비 속도가 빠르고 내압이 높은 갈륨비소(GaAs)와 같은 화합물반도체가 필수적으로 사용됩니다.

그러나 우주 공간의 고에너지 방사선인 총이온선량(TID)이 반도체 칩 내부의 수동소자(저항, 커패시터, 인덕터)에 미치는 영향에 관한 연구는 전 세계적으로도 능동소자에 비해 상대적으로 부족한 실정입니다.

국립목포대 연구팀(김민수 교수, 황현준 교수, 김강현 학부연구생)은 한국원자력연구소 첨단방사선연구소 강창구 박사팀과 ㈜웨이브트랙과 협력해 25, 100, 300 krad의 감마선 조사 실험을 통해 GaAs RF 공정 소자들의 안정성을 정밀 분석하고, 해당 수동소자가 적용된 송수신 회로에서 방사선(TID)에 따른 매칭 성능 열화를 정량적으로 분석하는 성과를 도출했습니다.

실제 위성 통신 시스템에서 방사선에 의한 매칭 주파수 이동은 통신 품질 저하나 시스템 오작동을 유발할 수 있는 치명적인 요인입니다.

이번 연구는 국내 화합물반도체 설계 기술이 단순한 소자 개발을 넘어 우주 환경에서의 ‘신뢰성 확보’ 단계로 진입하는 데 필요한 핵심 데이터를 확보했음을 의미합니다.

특히 이번 성과는 교육부와 전라남도의 재원으로 전남 RISE센터의 지원을 받아 수행된 ‘지역혁신중심 대학지원체계(RISE) 미래산업혁신 챌린지(우주·항공드론)’ 사업의 결과물로, 지역 거점 대학-기업-연구소 간 협력을 통한 반도체 연구 역량을 입증했다는 점에서 의미가 큽니다.

이번 연구 결과는 SCIE급 네이처 포트폴리오(Nature Portfolio)의 ‘Scientific Reports'에 게재됐으며, 전파 분야의 권위 있는 학술지인 ‘한국전자파학회논문지’ 2026년 2월호(제37권 2호)에 개별 부품 영향과 매칭 회로 영향에 관한 논문으로 각각 게재됐습니다.

연구를 주도한 김민수 교수는 “이번 연구를 통해 확보한 데이터는 향후 국산 우주용 칩 설계 시 방사선에 의한 성능 변화를 사전에 예측하고 보정할 수 있는 핵심 가이드라인이 될 것”이라며 “앞으로도 고부가가치 우주·국방 반도체 분야에서 지역 인재들과 함께 세계적인 연구 성과를 창출하겠다”고 밝혔습니다.