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동향

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LNOI 포토닉스의 기술 동향

2021-06-02 org.kosen.entty.User@7e97e020 이은진(kosen10)

분야

전기/전자,정보/통신

발행기관

한국전자통신연구원

발행일

2021.06.01

URL

http://

첨부파일

정보(Information)는 광 또는 전기로 처리된 모든 종류의 자료 또는 지식[1]으로, 정보의 선점 및 확보, 원활한 유통은 각종 위험으로부터 인간을 보호하는 동시에 막대한 경제적 이익을 창출한다. 현대 사회는 AR-VR 디바이스, 홀로그램, 자율주행 자동차 등의 네트워크 연결과 상호 데이터 공유 및 산업, 인공지능, 네트워크 서비스 융합의 가속화에 따른 정보통신량의 폭주로, 육·해·공·우주를 연결하는 초대용량 유무선 정보통신망의 구축이 요구된다. 이에 따라 정보처리 기술은 급속도로 발전 중이며, 이러한 성장을 지속적으로 유지 및 발전시키기 위해 확장성, 고수율, 고성능, 저에너지 및 저비용의 특성을 갖는 다양한 기능을 탑재한 초소형 포토닉스 집적회로(PIC: Photonic Integrated Circuits) 및 전자 집적회로(EIC: Electronic Integrated Circuits) 시스템의 개발이 요구되고 있다[2-5].

EIC는 무어의 법칙에 따라 트랜지스터의 수가 2년마다 두 배씩 증가 중이며, 현재 최소선폭이 7nm인 미세공정 기술을 적용하여 집적도를 높이고 있으나 곧 한계에 이를 것으로 예상되고 있다. 이처럼 집적도가 포화 한계에 이르는 것은 나노미터의 작은 크기에서 누설 전류가 증가하고, 인터커넥트(Interconnects) 수를 확장하는 것에 제한이 따르기 때문이다. 이런 이유로 단일 프로세서의 집적도를 높이는 대신에 멀티코어 프로세서를 개발하여, 클럭 속도를 높이지 않고도 멀티코어에서 병렬 연산을 하는 방식으로 정보처리 속도의 한계를 극복하고 있으며, 현재 코어 수가 급속도로 증가하는 추세에 있다[2].

이러한 병렬연산처리 방식의 멀티코어 프로세서에서 해결해야 할 문제는 인터커넥트에서 발생하는 병목현상으로, PIC는 거리에 무관하게 초고속, 저에너지 소모의 병렬연결을 제공하기 때문에 현재 EIC가 직면한 인터커넥트에서 발생하는 문제를 해결하기에 적합하다. PIC와 EIC의 하이브리드(Hybrid) 집적화는 광자와 전자가 상호보완하여 이들이 갖는 장점을 극대화하는데, EIC는 멀티코어 프로세서를 기반으로 복잡한 전기신호의 연산 및 정보처리를 가능케 하고, PIC는 넓은 대역폭, 낮은 대기 시간, 낮은 전송 손실, 고속 데이터 송수신 등의 장점을 바탕으로 칩 내부(Inter Chip), 칩 사이(Chip to Chip), 서버 사이(Server to Server) 및 전체 광통신망에서 고효율, 고성능의 광 연결(Optical Interconnects)을 가능케 한다. 현대의 정보화 사회는 데이터 트래픽의 급격한 증가 추세에 유연하게 대응할 수 있는 정보처리 기술의 개발이 절실하며, 이에 따라 에너지 소비와 제작 비용을 줄이면서 데이터 송수신 속도가 수백 Gbps~ 수 Tbps로 빠른 PIC를 모든 수준의 광연결 장치에 적용할 것을 요구하고 있다. 

본 고에서는 고성능 PIC의 구현을 위해 연구 중인 SOI(Silicon-On-Insulator), InP, SixNy, LNOI(LiNbO3-On-Insulator) 등을 기반으로 하는
다양한 포토닉스 플랫폼들의 특징과 한계 및 이를 극복하기 위한 연구 동향을 기술한다.

ABSTRACT
Recently, LNOI photonics technology has attracted attention as a photonics platform capable of integrating 
ultra-high-speed, low power consumption, and high nonlinearity optical devices, as it is possible to 
manufacture LiNbO3 optical waveguides with ultra-low optical loss and a radius of curvature of several tens 
of micrometers. Here, we will briefly compare various photonics platforms, such as Si, InP, SiN, and LNOI, 
describe the current research trends of LNOI photonics, and discuss the direction of photonics technology at 
the conclusion. 

KEYWORDS
LiNbO3 단결정 박막, LNOI 포토닉스, 초고속 LiNbO3 광변조기, 고비선형성 LNOI 포토닉스 집적회로

* 출처 : 한국전자통신연구원 전자통신동향분석 제36권 제3호
* 자세한 내용은 첨부파일을 참고하여 주시기 바랍니다.
 

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