체적을 기존 방식 대비 1/1000 이하로 소형화!
업계 최소※ 테라헤르츠파 발진 디바이스 및 검출 디바이스 샘플 제공 개시
가격도 기존 방식 대비 1/10 이하. 적은 비용과 한정된 공간에서의 테라헤르츠파 어플리케이션 개발 가능!

※2024년 9월 30일 로옴 조사

2024년 9월 30일

＜개요＞

공명 터널 다이오드 (RTD) 테라헤르츠파 디바이스

로옴 주식회사 (본사 : 교토)는 반도체 소자인 공명 터널 다이오드 (Resonant Tunneling Diode : RTD)※1를 사용한 업계 최소※ 테라헤르츠파 발진 디바이스 및 검출 디바이스의 샘플 제공을 개시하였습니다. 테라헤르츠파는 비파괴 검사, 의료 및 헬스케어 분야에서의 이미징 및 센싱뿐만 아니라, 향후 초고속 통신 기술에 대한 응용이 기대를 모으고 있습니다. 본 디바이스의 제공을 통해 테라헤르츠파를 활용한 어플리케이션의 발전에 기여해 나가고자 합니다.
이번에 로옴이 개발한 디바이스는 0.5mm×0.5mm 사이즈의 테라헤르츠파 발진 및 검출용 RTD 소자입니다. 주파수 320GHz (Typ.), 출력 10µW~20µW의 테라헤르츠파를 발진, 검출할 수 있습니다. 본 RTD 소자를, LED 등에 사용하는 PLCC 패키지※2 (4.0mm×4.3mm)에 탑재하였습니다. 기존 방식※3의 발진 장치에 비해 체적은 1/1000 이하로 소형화를 실현하여, 한정된 공간에서도 손쉽게 테라헤르츠파 어플리케이션의 개발 환경을 구축할 수 있습니다.
발진 디바이스 및 검출 디바이스의 안테나 면을 10mm 간격으로 대칭 배치하는 경우, 다이나믹 레인지※4에서 40dB (Typ.)의 검출 성능을 얻을 수 있습니다. 발진 디바이스, 검출 디바이스 모두 구동 시의 소비전력을 10mW (Typ.)로 억제하였으며, 실온에서 테라헤르츠파를 발진 및 검출할 수 있어 일부 기존 방식에서 필요로 하는 장치의 냉각도 필요하지 않습니다. 소형, 저전력, 그리고 사용 환경에 좌우되지 않는 성능으로, 다양한 어플리케이션에서 활용 가능합니다.
로옴은 2024년 10월부터 테라헤르츠파의 발진 및 검출 디바이스의 샘플을, 기존 장치 대비 1/10 수준의 가격 (10만엔 / 개, 세금 불포함)으로 판매를 개시합니다. 또한, 연구 / 개발 환경을 손쉽게 구축할 수 있는 평가 보드 등을 세트로 구성한 평가 키트도 구비하고 있습니다. 자세한 사항은 담당 영업 또는 로옴 Web 문의 양식을 통해 문의하여 주십시오. 샘플 및 평가 키트의 판매 시에는 사전에 로옴과의 NDA (비밀 유지 계약) 체결이 필요합니다.

테라헤르츠파의 주파수대와 활용 분야


도쿄공업대학 과학기술 창성 연구원 미래산업기술 연구소 Safumi Suzuki 교수

테라헤르츠파는 우수한 특성과 높은 안전성을 바탕으로 이미징 및 센싱, 무선 통신 등 다양한 분야에 대한 응용이 기대를 모으고 있습니다. 그러나, 상용화를 위한 연구 개발에는 대규모 장치와 막대한 비용이 필요합니다.
이러한 상황에서 로옴과의 장기간에 걸친 공동 연구를 통해 개발한 RTD 테라헤르츠파 디바이스는 지금까지의 상식을 뒤집는 4.0mm×4.3mm의 극소 사이즈로, 놀라운 저소비전력과 저렴한 도입 비용이 특징입니다. 디바이스 샘플 제공 개시를 통해, 많은 민간 기업 및 연구기관에서 테라헤르츠파 연구를 시작할 수 있을 것으로 기대하고 있습니다.
그리고, 테라헤르츠파가 다양한 분야에서 활용됨으로써, 지금까지 실현이 어려웠던 기능을 지닌 새로운 어플리케이션이 창출될 것으로 기대하고 있습니다. 앞으로도 로옴과 연계하여 테라헤르츠파 디바이스 개발을 통해 사회에 기여해 나가고자 합니다.

＜배경＞

전파와 빛의 중간 주파수 영역에 위치하는 전자파 「테라헤르츠파」는 전파와 같은 우수한 투과성과 레이저 광선과 같은 직진성, 고분자 재료 등에 대한 특유의 흡수성 등 다양한 특성이 있습니다. 이러한 특성을 바탕으로 방사선을 사용하지 않는 인체, 물질의 비파괴 검사나 기존의 무선 통신을 대체하는 고속 통신, 고정밀도의 레이더 센싱 등에 대한 활용이 기대를 모으고 있습니다. 그러나, 기존 방식의 경우 장치의 사이즈가 크고, 도입 비용도 수백만엔~수천만엔 이상으로 고액이기 때문에 민간 기업에서의 연구나 사업화는 어려운 실정이었습니다.
로옴은 2000년대 후반부터 도쿄공업대학 및 오사카대학 등 다수의 대학 및 연구기관과 공동 연구를 추진하여, RTD를 사용한 테라헤르츠파 발진 및 검출 디바이스 개발을 추진해 왔습니다. 또한, 일본의 총무성과 정보통신 연구기구 (NICT), 과학기술 진흥기구 (JST)가 주최하는 정부의 연구 개발 프로젝트, XG 모바일 추진 포럼 및 테라헤르츠 시스템 응용 추진 협의회 등 여러 컨소시엄에 참여하고 있습니다. 로옴은 앞으로도 디바이스 개발에 주력함과 동시에 테라헤르츠 기술의 조기 산업화와 사회 실장에 기여해 나가고자 합니다.

＜서포트 정보＞

로옴은 테라헤르츠파의 연구 및 어플리케이션 개발 서포트에 주력하고 있습니다. 각종 서포트 컨텐츠와 더불어, 디바이스와 평가 보드 등을 세트로 구성한 평가 키트를 구비하고 있습니다.
Digilent가 판매하는 Analog Discovery 3™ 등의 계측 툴과 PC, 소프트웨어를 조합함으로써 테라헤르츠파의 발진 및 검출 디바이스를 간단히 구동시킬 수 있습니다. 디바이스, 평가 보드 모두 사이즈를 소형화함으로써 테이블 등 한정된 공간에서도 연구 및 개발 환경을 구축할 수 있습니다. 자세한 사항에 대해서는 담당 영업 또는 로옴 Web 문의 양식을 통해 문의하여 주십시오.

RTD 테라헤르츠파 디바이스 평가 키트

*Analog Discovery 3™는 Digilent의 상표 또는 등록상표입니다.

＜Safumi Suzuki 교수 프로필＞

도쿄공업대학 과학기술 창성 연구원 미래산업기술 연구소 교수, 공학 박사. 연구 대상은 공명 터널 다이오드 (RTD)를 사용한 테라헤르츠파 디바이스의 개발.
・경력
2009년 3월　도쿄공업대학 대학원 종합 이공학 연구과 박사 과정 수료
2009년 4월　도쿄공업대학 대학원 종합 이공학 연구과 조교
2014년 4월　도쿄공업대학 공학부 준교수
2024년 8월　도쿄공업대학 과학기술 창성 연구원 미래산업기술 연구소 교수

＜용어 설명＞

※1 : 공명 터널 다이오드 (RTD)
반도체 소자를 사용한 테라헤르츠파 광원의 일종. 실온에서 발진 가능하며, 소형, 저소비전력 등 여러가지 메리트가 있다.
로옴은 다수의 대학 및 연구기관과의 연구 개발을 추진한 결과, 효율적인 테라헤르츠파 발진과 검출이 가능한 RTD 디바이스의 자사 개발에 성공했다.
※2 : PLCC
Plastic Leaded Chip Carrier의 약자로, 반도체 집적 회로 패키지의 일종이다.
※3 : 기존 방식
테라헤르츠파 발진의 기존 방식으로서, 전기 신호의 주파수를 정수배로 변환하여 출력하는 「주파수 체배 방식」과 파장이 다른 2개의 레이저 광을 포토믹서로 혼합할 때 발생하는 차주파수에서 생성하는 「포토믹싱 방식」의 두가지 방식이 있다. 두가지 방식 모두 테라헤르츠파의 발생에 높은 비용과 대형 장치가 필요하다.
※4 : 다이나믹 레인지
아날로그 디바이스의 성능 지표의 일종으로, 취급 가능한 신호의 최대치와 최소치의 차이 및 비율을 가리킨다. 테라헤르츠파의 경우, 단위에는 다른 전파와 마찬가지로 전력비를 나타내는 데시벨 (dB)이 사용된다.