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라이다(LiDAR) 및 양자 센서·컴퓨터와 같은 복잡한 광학 시스템을 하나의 작은 칩으로 만들어 줄 수 있어 세계적으로 많은 연구와 투자가 이루어지고 있는 차세대 반도체 기술이 집적 광학 반도체(이하 광반도체) 기술입니다.

기존의 반도체 기술에서 5나노, 2나노 등의 단위로 얼마나 작게 만드느냐가 관건이었는데, 광반도체 소자에서 집적도를 높이는 것은 성능, 가격, 에너지 효율 등을 결정짓는 핵심적인 기술이라 말할수 있는데요 최근 KAIST는 전기 및 전자공학부 김상식 교수 연구팀이 광반도체 소자의 집적도를 100배 이상 높일 수 있는 새로운 광 결합 매커니즘을 발견했다고 밝혔습니다.

하나의 침당 구성할 수 있는 소자 수의 정도를 집적도라고 하는데 접적도가 높을수록 많은 연산을 할 수 있고 공정 단가 또한 낮춰집니다. 그러나 광반도체 소자의 집적도를 높이기는 매우 어려운데 이는 빛의 파동성으로 인해 근접한 소자 사이에서 광자 간에 혼선(Crosstalk)이 발생하기 때문입니다.

기존 연구에서는 특정 편광에서만 빛의 혼선을 줄여줄 수 있었는데 연구팀은 이번 연구에서 새로운 광 결합(Coupling) 메커니즘의 발견으로써 기존에는 불가능이라 여겨졌던 편광 조건에서도 집적도를 높이는 방법을 개발했다고 밝혔습니다.

김광식 교수는 "이번 연구가 흥미로운 점은 기존에는 오히려 빛의 혼선을 크게 해줄 거라고 여겨졌던 누설파(Leaky wave, 빛이 옆으로 잘 퍼지는 특성을 가짐)를 통해 역설적으로 혼선을 없애준 점"이라며 "이번 연구에서 밝혀진 누설파를 이용한 광 결합 방법을 응용한다면 더욱 작고 노이즈가 적은 다양한 광반도체 소자를 개발할 수 있을 것"이라고 말했습니다.