X-대역 20W GaN 전력소자 공정 기술
본 기술이전에서는 선박, 레이더, 미사일 등 민/군수용으로 활용도가 높고 선진국에서의 기술 도입이 매우 어려워 자체적으로 기술 확보가 필수적인 민/군수용 선박, 레이더의 핵심기술인 GaN 전력소자 기술을 기술이전을 통해 산업화시키기 위함임.
- 민/군수용 및 선박용 레이더의 트랜시버에 필요한 GaN 전력소자 기술을 중소기업에 기술이전하여 중소기업의 수익 창출은 물론 원활한 부품수급이 이뤄지고 국가적 측면에서 기술도입이 매우 어려운 GaN 전력소자에 대한 국익을 도모하기 위함.
- 1990년대 이후 전기 및 광소자의 응용 가능성이 보이면서 각국에서 중점적으로 연구를 하고 있으며 그 활용 분야가 광범위하다.
그림 1. GaN 전력소자의 활용분야
- 이동통신 기지국용 전력 증폭기 제작에 사용되는 전력소자는 현재 Si 기술을 기반으로 한 LDMOS가 주로 사용되고 있으나, 향후 고주파수 특성, 전력밀도, 전력효율, 선형성뿐만 아니라 다양한 환경에 적용을 위하여 필요한 온도특성, 내환경 특성 등이 우수한 GaN 등의 wideband gap 반도체 기술을 이용한 전력트랜지스터로 대체되어 발전하고 있는 추세임.
선박, 레이더, 미사일 등 민/군수용으로 활용도가 높고 선진국에서의 기술 도입이 매우 어려워 자체적으로 기술 확보가 필수적인 민/군수용 선박, 레이더의 핵심 기술 중의 하나임.
- GaN, AlN, InN 등의 III-V족 질화물 반도체와 SiC를 비롯한 탄화물에 대한 연구는 1960년대부터 이들의 성장과 특성에 중점을 두고 수행되어 오고 있으며, 그 중 GaN는 3.4 eV의 넓은 에너지갭을 갖는 반도체로서 고온(>700℃)에서 안정된 화합물일 뿐 아니라 5 MV/cm 이상의 breakdown 전압과 함께 2.5x107 cm/s의 높은 포화전자속도와 ~1,000 cm2/V·S의 전자이동도등의 특성을 바탕으로 1990년 대 이후 전자 및 광소자의 응용 가능성이 보이면서 선진 각국에서 중점적으로 연구를 수행하고 있으며 그 활용 분야가 광범위함.
- 동작주파수 : 9.3 GHz
- 출력전력 : > 20 Watt (43 dBm)
- 전력이득(Gain) : > 6 dB
- 전력효율(PAE) : > 25 %
- 차단주파수(fT): > 30 GHz
- 최대발진주파수(fmax): > 60 GHz
- 드레인 포화전류(Idss) : > 300 mA/mm
- 트랜스컨덕턴스(Gm) : > 200 mS/mm
- 문턱전압(Vth) : -3.5 ± 1.0 V
- 게이트 길이(Lg) : 0.25 ± 0.05 ?m
- X-band용 GaN 전력소자 Layout
- X-band용 GaN 전력소자 공정 Runsheet
- X-band용 GaN 전력소자 공정 실습 및 교육
- X-band용 GaN 전력소자 시험절차서
- X-band용 GaN 전력소자 시험결과서
- X-band용 GaN 전력소자 공정 완료된 웨이퍼 2장
- 관련 기술문서 및 지적재산(TM/TDP, 특허)
- 본 이전기술은 레이더용 고출력소자 이외에도 무선통신시스템의 기지국의 송신기 전력 모듈, 위상 배열 레이더의 전력 모듈 등으로 활용되어, 이들 분야에서의 부품 기반기술 확보 및 시스템 기술 선도함.
- 고출력 GaN 소자의 개발로 기지국/중계기용 전력소자의 수입대체 효과 및 제조원가의 절감으로 부가 가치를 극대화 함. 2009년 현재 국내 SK텔레콤은 이동통신 노후망 교체와 차세대 네트워크 초기 투자로 전년대비 25%늘어난 1조9000억원을 투자할 예정이며 LG텔레콤은 올해 일반기지국 320개 및 멀티모드 기지국 600개를 증설하고 2만여개 인빌딩 중계기 설치와 광중계기 증설 등 총 6,000억원의 투자를 집행할 예정임.
- 이러한 국내 시장에 기지국/중계기의 핵심부품인 전력소자는 전량 외국에 의존하고 있는바 3년 이내에 전력증폭모듈 시장의 10%까지 시장 점유를 달성할 것으로 예상됨.