19ZB1600, Development of extremely high RF multi-purpose device using boron nitride release layer and device transfer technique,
Sungjae Chang
Abstract
요 약 문
I. 제 목 질화붕소 분리층과 소자 전사 기술을 이용한 다목적 초고주파 소자 개발
II. 연구목적 및 중요성 질화갈륨(GaN) 기반 고주파 소자는 에너지 밴드갭(band-gap)이 넓고, 분극(Polarization) 및 에너지 밴드-단절(Band-Discontinuity)로 인하여 알루미늄질화갈륨(AlGaN)/질화갈륨 계면에 고농도 이차원전자가스층(2DEG: 2Dimensional Electron Gas)이 생성된다. 그리고 2DEG층에 존재하는 전자는 그 이동도가 매우 빠르다. 이러한 장점들로 인하여 경쟁기술인 실리콘(Si), 탄화규소(SiC), 그리고 갈륨비소(GaAs)에 비해서 상대적으로 짧은 연구개발 기간에도 불구하고 응용 분야가 급격히 증가하여, 이동통신 기지국 및 중계기, 선박 및 군수용 레이더, 위성통신 시스템, 테러 방지용 전파 교란기 등에 적용되는 고출력-고주파 소자에 응용되고 있다.
질화갈륨 기반 고주파 소자는 무선이동통신 시스템의 급격한 발전으로 인하여 동작 주파수와 출력 전력 밀도 향상에 대한 요구를 계속적으로 받고 있으나, 발열로 인한 소자의 성능 및 신뢰성 저하가 문제점으로 대두되고 있다. 이를 개선하기 위해서 고주파 소자관련 기술 선진국들을 중심으로 고방열 기판상에서 동작하는 질화갈륨 기반 고출력-고주파 소자에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 하지만, 현재까지는 초기 연구 개발 단계에 머물러 있으며 개선해야할 문제점들이 많이 남아있다.
현재 미국과 일본을 중심으로 연구되고 있는 방열 성능이 향상된 질화갈륨 기반 고주파 소자 제작 기술들은 기술 완숙도가 낮아 극복해야할 문제점들이 많고, 아직까지는 상용화에 적용될 기술을 예측하기 어렵다. 따라서 고주파 소자와 기판 분리 기술, 소자 전사 기술을 활용한 고방열 기판상에서 동작하는 질화갈륨 기반 고출력-고주파 소자 제작 기술을 확보하여 선행 연구들의 단점을 극복하고 고주파 소자의 출력 전력 밀도 저하, 동작 주파수 제한과 같은 문제점을 해결하고자 한다. 이와 동시에 독자적인 원천기술의 확보를 통하여 무선 이동통신, 국방, 안보 분야의 부품 소재 기업에 차세대 먹거리를 제공하고 국가 경쟁력을 높이는데 도움이 될 것으로 예상된다.
III. 연구내용 및 범위 본 연구는 제작된 질화갈륨 기반 고주파 소자를 기판에서 분리하고, 분리된 고주파 소자를 고방열 기판과 접합하여, 고방열 기판상에서 동작하는 질화갈륨 기반 고출력-고주파 소자를 제작하고, 그 특성을 분석하는 것으로 연구내용 및 범위는 아래와 같다. - 고방열 기판상에서 동작하는 질화갈륨 기반 고출력-고주파 소자 제작에 필요한 요소 기술 개발. - 질화갈륨 기반 고주파 소자 설계 및 제작 기술 개발. - 고방열 기판상에서 동작하는 질화갈륨 기반 고출력-고주파 소자 제작 기술 개발. - 고방열 기판상에서 동작하는 질화갈륨 기반 고출력-고주파 소자 특성 분석
IV. 연구결과 본 연구과제의 주요 연구결과는 다음과 같다. 1. 질화갈륨 기반 고출력-고주파 소자 제작에 필요한 요소 기술 개발 - 고주파용 질화갈륨 기반 에피 성장 기술 개발 - 질화갈륨 기반 고주파 소자 분리 기술 개발 - 고방열 기판과 질화갈륨 기반 고주파 소자 접합 기술 개발 2. 질화갈륨 기반 고주파 소자 설계 및 제작 기술 개발 3. 고방열 기판상에서 동작하는 질화갈륨 기반 고출력-고주파 소자 제작 기술 개발 4. 고방열 기판상에서 동작하는 질화갈륨 기반 고출력-고주파 소자 특성 분석
V. 연구개발결과의 활용계획 송수신용 고출력-고주파 소자를 제작된 기판에서 분리하고, 고방열 기판과 접합하여 방열 성능을 향상시킴으로 인하여 질화갈륨 기반 고주파 소자의 출력 특성을 개선할 수 있었다. 이는 고주파 소자를 기존 기판에서 동작시킬 때 보다 고방열 기판상에서 동작시킬 때 데이터를 보다 멀리 전송할 수 있음을 의미한다. 뿐만 아니라 고주파 소자를 고방열 기판상에서 동작시킴으로 인하여 소자 동작시 발생하는 열로 인한 소자 성능 및 신뢰성 저하 문제를 근본적으로 해결할 수 있을 것으로 예상된다.
이는 이동통신 기지국, 무인자동차, 고성능 레이더, 고온 센싱 시스템 등 여러 분야에 방열 성능이 향상된 질화갈륨 기반 고주파 소자를 적용할 수 있어 생활, 국방, 안전 관련 부품 산업의 성장과 신규 고용 창출에 기여할 것으로 예상된다. 또한, 국내 관련 기업이 해외 경쟁 기업과의 기술 경쟁력에 있어서 우위를 점하는데 도움을 줄 것으로 예상된다.
VI. 기대성과 및 건의 질화갈륨 기반 고주파 소자의 출력 전력을 증가시키기고, 발열로 인한 소자의 성능 및 신뢰성 저하를 개선하기 위해서 미국과 일본을 중심으로 방열 성능이 향상된 질화갈륨 기반 고주파 소자 제작에 대한 연구를 진행하고 있으나, 아직은 기초 연구단계에 머물러 있으며, 개선해야할 문제점들이 많다.
질화갈륨 기반 고주파 소자를 제작하고, 방열 성능 향상을 위한 후면 공정을 진행하여 질화알루미늄 기판상에서 동작하는 질화갈륨 기반 고주파 소자와 후면에 구리를 도금한 질화갈륨 기반 고출력-고주파 소자 제작 기술의 확보하였다. 이를 통하여, 방열 성능이 향상된 고출력-고주파 소자에 대한 독자적인 원천기술을 확보함과 동시에 고주파 소자 제작 관련 선진국 대비 기술적인 우위를 선점할 수 있을 것으로 예상된다.
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J. Kim et. al, "Trends in Lightweight Kernel for Many core Based High-Performance Computing", Electronics and Telecommunications Trends. Vol. 32, No. 4, 2017, KOGL Type 4: Source Indication + Commercial Use Prohibition + Change Prohibition
J. Sim et.al, “the Fourth Industrial Revolution and ICT – IDX Strategy for leading the Fourth Industrial Revolution”, ETRI Insight, 2017, KOGL Type 4: Source Indication + Commercial Use Prohibition + Change Prohibition
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