インク状の半導体素材を基板に塗布する方式で製作した次世代高周波スイッチが開発された。待機電力を消費せずにミリ波帯の信号損失を抑え、6Gや衛星通信機器の小型化・低消費電力化に活用できる見通しだ。
ウルサン科学技術院（UNIST）は、キム・ミョンス電気電子工学科教授の研究チームが溶液プロセスで作製した二硫化モリブデン薄膜を活用し、最大67GHzで作動する高周波（RF）スイッチを実現したと22日明らかにした。
高周波スイッチは、スマートフォンや無線基地局、衛星通信、レーダーなどで電波信号が移動する経路を接続または遮断する半導体部品である。研究チームが作った素子は、67GHzで信号通過過程の挿入損失を0.1dB未満に下げ、遮断性能を示す絶縁度は35dB以上に高めた。入力信号の約98%を伝達しつつ、遮断状態で漏れる信号は0.03%以下に抑制した水準だ.
金属電極の間に二硫化モリブデン薄膜を挟んだ構造で、電圧を印加すると銅イオンが移動して電流の通路を形成する。電源を切ってもこの通路が残るため、スイッチ状態を維持するのに別途の電力は要しない。
スイッチの切り替えには約76ナノ秒を要し、1回状態を変えるのに必要なエネルギーは1.57ナノジュールと測定された。研究チームは素子を10GHz帯の遅延位相シフタおよび30GHz用位相シフタ回路にも適用し、実際の高周波回路部品として活用できる可能性を確認した。研究結果は国際学術誌「ネイチャー・コミュニケーションズ」に掲載された。
製造の利便性と耐久性も改善された。薄膜を別途成長させた後に基板へ移す転写工程なしに広い面積へ直接塗布でき、2000回の繰り返し動作後も性能が維持された。機械的に剥がした薄膜を用いた既存素子の動作寿命がおよそ100回だったのに比べ、安定性が大きく向上した。
キム教授は「電源を切った後でも状態が維持され、待機電力が不要だ」と述べ、「6Gや衛星通信、レーダーなどの電波制御装置を小型でエネルギー効率よく作るのに活用できるだろう」と語った。