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3-D Field 해석을 통한 온칩 나선형 인덕터 제작
The Fabrication of On-chip Spiral Inductors Through 3-D Field Analysis 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.56 no.11, 2007년, pp.1967 - 1971  

이한영 (대림대학 전자정보통신계열) ,  이우철 (을지대 보건과학대 의료공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, we verified basic forms and equivalent circuits of spiral inductors and various kinds of parasitics of equivalent circuits by using HFSS and Nexxim program that were 3-D EM analysis tools, and fabrication on-chip spiral inductors using Hynix's 0.25um 1-poly and 5-metal CMOS process. C...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 25um 1-poly, 5-metal CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정 장비는 Agilent사의 8510C Vector Network Analyzer, RF Probe, Bias Probe, Bias Tee, Micro wave Probe Station, Power supply-S- 사용하였다. 나선형 인덕터의 Q값을 해석하기 위하여 NPGS와 PGS 두 부분으로 나누어 레이아웃하였으며, 인덕터 턴 수의 영향을 분석하기 위해 L5턴, 2.5 턴, 3.5턴, 4.5턴, 5.5턴 수의 인덕터를 on-chip화하여 제작하였다. 그림 6(a)와 그림 6(b)는 나선형 인덕터 칩 래이아웃과 실제 제작된 나선형 인덕터 이고, 칩 크기는 가로 1mm 세로 1mm 이다.
  • 본 논문에서는 이 맴돌이 전류의 효과를 없애기 위해서 그림 2와 같이 PGS (patterned ground shield) 구조를 이용하였다. 그림 2(a)에 인덕터 전류 방향과 맴돌이 전류의 방향을 나타내었다[3][4].
  • 모델링 하였다. 전자장 해석을 위하여 실리콘 기판 및 인덕터 도체의 정확한 재질 값을 정의하였으며, 측정과 비교하기 위해 50Q 포트를 정의하였다. 표 1은 나선형 인덕터의 등가회로상의 각 소자 들의 기본 값과 변화 범위를 나타내었다.

대상 데이터

  • 비교 검증 하였다. 나선형 인덕터는 Hynix사의 0.25um 1-poly, 5-metal CMOS 공정으로 제작되었으며, 측정 장비는 Agilent사의 8510C Vector Network Analyzer, RF Probe, Bias Probe, Bias Tee, Micro wave Probe Station, Power supply-S- 사용하였다. 나선형 인덕터의 Q값을 해석하기 위하여 NPGS와 PGS 두 부분으로 나누어 레이아웃하였으며, 인덕터 턴 수의 영향을 분석하기 위해 L5턴, 2.

데이터처리

  • 3-D field 해석을 통한 시뮬레이션 값을 통해 각각 실험하여 비교 검증 하였다. 나선형 인덕터는 Hynix사의 0.
  • 인덕터 등가회로에서 각 성분들의 값들을 변화시켜 그 결과 값을 시뮬레이션으로 구하고, on-chip 나선형 인덕터를 그림 3과 같이 3-D 전자장 해석 툴인 HFSS를 이용하여 각각 모델링 하였다. 전자장 해석을 위하여 실리콘 기판 및 인덕터 도체의 정확한 재질 값을 정의하였으며, 측정과 비교하기 위해 50Q 포트를 정의하였다.
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참고문헌 (9)

  1. C.Yuen, E. Balderranma, W. Findley, L. Kirby, J. Lee, and P. Sturzu, 'A 20GHz MMIC Power Module for Transmit Phased Array applications,' IEEE MTT-s Digest, 1996,pp. 1163-1166 

  2. C. Patrick Yue, and S. Simon Wong, 'Physical Modeling of Spiral Inductors on Silicon,' IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 47, No. 3, pp. 560-568, Mar., 2000 

  3. Hyunjin Lee, Joonho Gil, Jeong-hu Han, and Hyungcheol Shin, 'Optimization of spiral inductors on silicon substrate,'IDEC Conference 2002 Summer, pp. 49-52, 2002 

  4. C. Patrick Yue, and S. Simon Wong, 'On-Chip Spiral Inductors with Patterned Ground Shields for S-based RF IC's,' IEEE Journal of Solid State Circuit, Vol.33, No. 5,pp. 743-752, May.,1998 

  5. H. A. Wheeler, 'Formulas for the skin effect.' In Proc. I. R. E., vol. 30. Sept.. 1942. pp. 412-424 

  6. C. Patrick Yue 'A physical model for planar spiral inductors on silicon,' in IEDM Tech. Dig., San Francisco, CA, Dec., 1996, pp. 155-158 

  7. J. Chang, A. Abidi, and M. Gaitan, 'Large suspended inductors on silicon and their use in a 2-um CMOS RF amplifier,'IEEE EDL, vol. 14, no. 5, pp. 246-248, 1993 

  8. M. Park, S. Lee, C. S. Kim, H. K. Yu, and K. S. Nam, 'The detailed analysis of high Q CMOS-compatible microwave spiral inductors in silicon technology,'IEEE Trans. Electron Devices, vol. 45, no. 9, pp. 1953-1959, 1998 

  9. J. S. Kim, and H. Y. Lee, 'The design and fabrication of reduced phase noise CMOS VCO,' Journal of KEES, vol. 18, No. 5, May., 2007 

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