레이더 수신기 보호용 250V급 Mesa형 실리콘 리미터 다이오드 소자/공정 설계 및 제작 기술
- 무선장비의 수신부는 매우 미약한 신호를 처리하는 높은 감도의 회로로 구성되어 있으며, 고 전력 입력 시 수신부의 손상 및 파괴 가능성이 높음. 레이다 장치와 무선 응용 장치, 그리고 무선 통신 장치에 강력한 전자파 신호 혹은 간섭 신호에 의한 수신부 파괴를 방지하고 수신부 장치가 안정적인 동작 레벨 범위의 신호를 수신할 수 있게 하는 전력제한기 수신부 보호 모듈의 핵심 부품인 Limiter Diode 개발이 필요함.
- X-대역과 S-대역 등의 고전력 RF에 대한 전력제한기는 전량 수입 사용하고 있으며, 이들 전력제한기를 구성하는 핵심 소자인 Limiter Diode인 Silicon PIN Diode 또한 전량 수입하고 있음.
- 미국의 Skyworks를 비롯한 MACOM사, CPI사, Microsemi사 등 선진업체의 경우 Limiter Diode와 전력제한기를 동시에 개발 공급하고 있으며, 다양한 종류의 Silicon Limiter Diode 제품군을 확보하여, 가격 경쟁력과 기술 경쟁력을 확보하고 있으나, 국내의 경우 개발 및 생산 기술의 부족으로 국산화가 이루어지지 않음
- 대상 기술은 250V이상의 항복전압 특성을 가지고 낮은 Series Resistance와 Junction Capacitance를 갖는 Mesa 형의 Silicon Limiter Diode 설계 및 제작 기술임.
- 기술이전 대상기술은 250V 이상의 항복전압 특성을 가지고 낮은 Series Resistance 와 Junction Capacitance를 갖는 Mesa형의 Silicon Limiter Diode 설계 및 제작 기술로써 우수한 특성의 Limiter Diode 소자 구현을 위해서는 아래의 핵심 기술이 확보되어야 함.
. Trade-Off관계를 가지는 BV, Cj, Rs 만족을 위한 최적 i-Region 두께 및 비저항 선정 기술
. Mesa 형성을 위한 Silicon Deep Etching 기술
. 높은 단차를 가지는 Mesa 상부 사진전사 기술
. 높은 BV, 낮은 Cj 확보를 위한 High Quality Passivation 기술
- 기술이전 대상 기술인 레이더 수신기 보호용 250V급 Mesa형 실리콘 리미터 다이오드의 주요 특성은 아래와 같음.
. 항복전압 (Breakdown Voltage) ≥ 250V (@10㎂)
. 누설전류 (Leakage Current, @250V) ≤ 1㎂
. 직렬저항 (Series Resistance) ≤ 2Ω
. 접합정전용량 (Junction Capacitance, @Vr=6V, 1MHz) ≤ 0.5pF
- 250V급 Mesa형 실리콘 리미터 다이오드 소자/공정 설계 기술
. 250V급 Mesa형 실리콘 리미터 다이오드용 기판 조건
. Mesa형 실리콘 리미터 다이오드 구조 및 Chip Layout (마스크 설계 Data)
. Mesa형 실리콘 리미터 다이오드 제작 공정설계 기술 (Process Flow)
- 250V급 Mesa형 실리콘 리미터 다이오드 제작 기술
. Mesa형 실리콘 리미터 다이오드 제작 필요한 핵심 공정 기술
. Mesa형 실리콘 리미터 다이오드제작을 위한 Process Sheet (Runsheet)
- 이전기술에 대한 요구사항정의서, 시험절차 결과서, 상세설계서, 연구결과 문서 (Technical Memo).
- 전력제한기는 레이더 수신부 보호 목적으로 개발 사용되었지만, 최근에는 미약 신호 수신부에 강력한 전자파 공격과 주변의 강한 간섭 신호 등에 의해 무선 장치 수신부 파괴 고장이나 비정상적 동작 레벨 인입에 의한 장비의 스트레스 방지 및 저감할 필요가 있는 고정밀 고부가 무선기기에 적용할 수 있음. 레이더 장치, 드론을 비롯한 무인기, 전투 로봇 등에 장착하여 무선 통신 제어 및 센스에 의한 현대 전자전 장비에 적용됨.
. 민수 분야: 공항 관제 레이다, 기상 레이다, 민수용 선박 레이더, 자율 주행 자동차용 레이다 및 무인 비행체용 레이다의 무선 수신부
. 군수 분야: 레이다 제어기, 마이크로웨이브 탐색기, 항공기 탑재 레이다 등의 무선 수신부.
- 군수 분야 뿐만 아니라, IoT 모듈, 자율 주행 자동차 등 민수 분야의 다양한 무선 통신 기기에도 전력제한기가 적용될 것으로 예상됨. 더욱 열악해지는 전파 환경에서 고부가 무선 장비에 적용할 수 있는 다양한 구조와 형태의 전력제한기 제품들이 개발되거나 사용되면서 국내 시장에서의 수입대체 및 수출증가, 그리고 국내 일자리 창출에도 크게 기여할 수 있는 시장으로 성장해 나갈 것임
- 전력제한기용 핵심 소자인 PIN Diode를 개발함으로서 다양한 구조 및 동작 주파수에서 적용 가능한 전력제한기 기술 기반을 확보함. 이에 따라 전력제한기의 성능과 기능을 개선하고, 고성능 고부가 제품 개발이 가능함.
- Limiter Diode 제작기술을 기반으로 다양한 RF 소자 개발과 사용 주파수와 응용 분야에 따른 도파관 구조 및 동축형 모델의 수신기 보호 전력제한기 모듈 개발이 가능함.
- Limiter Diode 제품은 빔 포밍 안테나의 위상 변위기 구성 핵심 부품으로, 향후 본 제품 개발 기술을 기반으로 다양한 위상 변위기와 RF 스위치 개발에 적용 가능함
- 본 기술이전을 통한 제품 국산화를 통해서 동작전압 등을 달리한 다양한 Limiter Diode의 개발로 사업화 제품의 다변화를 꾀할 수 있음.