정일석 부교수

기존 ToF(Time-of-Flight) 방식 라이다는 기상 조건에 취약하고 속도를 동시에 측정하기 어려운 한계를 가지고 있어, 이를 극복하기 위해 FMCW(주파수 변조 연속파) 방식을 채택한 광엔진 칩 개발을 진행하고 있습니다. 단일 칩 내에서 광송신과 수신, 빔 스캐닝을 동시에 처리하는 온칩 광엔진 기술을 핵심으로 삼고 있으며, 고출력·고속 파장 변조가 가능한 레이저 기술을 함께 개발하고 있습니다. 이를 통해 높은 송수신 효율과 광대역 파장 가변 범위를 목표로 설계를 진행하고 있으며, TRL 3~6 단계의 기술 성숙도를 확보하고 있습니다. 개발된 광엔진 칩은 자율주행 차량과 ADAS(첨단 운전자 보조 시스템), 무인 항공기(UAV)의 거리 및 속도 동시 측정 센서로 적용될 수 있습니다. 본 연구는 한국산업기술기획평가원(KEIT) 과제(2025~2028)로 수행되고 있으며, FMCW all-in-one 라이다 광엔진 칩 개발 과제에 약 4.83억원의 예산이 투입되고 있습니다.

실리콘 자체의 발광 효율 한계를 극복하기 위해 III-V 반도체 광원을 실리콘 기판 위에 이종 집적하는 기술의 필요성이 대두되고 있습니다. 저온 직접 웨이퍼 본딩 기술을 활용하여 III-V 소재와 실리콘을 결합하고, 레이스트랙 공진기 기반의 광레이저를 설계하는 연구를 진행하고 있습니다. 850nm 파장 대역에서 100%에 가까운 흡수 효율을 달성했으며, 2.5Gbps급 칩 간 광 인터커넥트 성능을 입증한 바 있습니다. 이러한 성과는 다수의 상위 저널 논문 게재와 특허 확보로 이어졌습니다. 해당 기술은 TRL 4~7 수준으로, 6G 통신과 초고속 데이터센터, 차세대 CMOS 영상 센서, 칩 간 광 인터커넥트 등 다양한 응용 분야에 적용될 수 있는 실리콘 광자-전자칩 플랫폼으로 발전시키고 있습니다.

양자 정보 처리의 상용화를 위해서는 전문적인 제작 인프라가 필수적이나, 이러한 인프라의 부재가 상용화의 걸림돌로 작용하고 있어 이를 해결하기 위한 연구를 진행하고 있습니다. 아시아 최초로 양자 광 플랫폼 PDK(공정설계키트)를 구축하고 있으며, III-V/Si 이종 집적 및 저온 직접 웨이퍼 본딩을 위한 클린룸 공정 기술을 확보하고 있습니다. 이를 통해 소자 제작 기간을 기존 1년 이상에서 2~3개월로 단축하고, 비용을 80% 이상 절감하는 것을 목표로 하고 있습니다. 본 연구는 2024년부터 2031년까지 장기 정부 과제로 수행되고 있으며, 2026년에는 'UNIST 양자나노팹' 운영을 계획하고 있습니다. TRL 4~6 수준의 이 플랫폼은 양자 컴퓨팅과 양자 통신 분야의 핵심 소자 개발 기반으로 활용될 예정입니다.