[보고서]광/RF 융합소자 기반의 차세대 국방부품 플랫폼 개발

광/RF 융합소자 기반의 차세대 국방부품 플랫폼 개발
Platform Development of Next Generation National Defense Device Based on Optics/RF Convergence Device 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	한국전자통신연구원 Electronics and Telecommunications Research Institute
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2011-12
주관부처	미래창조과학부 KA
등록번호	TRKO201300014463
과제고유번호	1415118941
DB 구축일자	2013-10-26
DOI	https://doi.org/10.23000/TRKO201300014463

초록 ▼

가. 연구 개발 최종 목표
● GaN 전력소자 및 시스템 응용 기술 개발
1) X-대역 고전력/고집적도 GaN 전력소자개발
2) X-대역 고전력/고효율 GaN 전력증폭기 개발
3) X-대역 고전력/고효율 GaN 전력증폭 모듈 개발
● 장거리(>1 km) 3차원 영상획득을 위한 FPA 모듈 구현 및 이를 활용한 3차원 영상 시스템 구현
1) 국방용 초고감도 광검출기 시험제작 및 검증 환경 셋업
2) 장거리(>1 km) 3차원 영상획득을 위한 1x 32 어레이 FPA 모듈 및 3차원 영상 레이저레이더 시스템 시험셋업
3) 장거리(>1 km) 3차원 영상획득을 위한 standalone 형태의 32 x 32 FPA 기반 QVGA급 3차원 영상 시스템 개발
나. 연도별 연구 내용
1 ) 1차년도 연구 내용
● X-대역 GaN 전력소자 개발
- 고전력밀도/고출력 GaN HEMT 전력소자 구조 및 단위공정기술
- 고효율 GaN HEMT 전력소자 일괄공정 기술
- 고출력 전력소자 측정, 모델링 및 설계변수 추출
● 국방용 초고감도 광검출기 시험제작 및 검증 환경 셋업
- 초고감도 광검출기 단일 소자 및 어레이 소자 개발
- 초고감도 광검출기 성능검증 보드 및 구동 보드 제작
2) 2차년도 연구 내용
● X-대역 GaN 전력증폭기 개발
- X-대역 GaN 전력소자 최적화 및 안정화
- X-대역 전력증폭기 회로 설계
- X-대역 전력증폭기 일괄공정 기술
- X-대역 전력증폭기 측정
● 국방용 초고감도 광검출기 시험제작 및 검증 환경 셋업
- 초고감도 광검출기 전용 ROIC 회로설계
- 초고감도 광검출기를 위한 패키지 개발
3) 3차년도 연구내용
● X-대역 GaN 전력증폭 모듈 개발
- X-대역 전력증폭 모듈 설계
- X-대역 전력증폭 모듈 패키지 기술
- X-대역 전력증폭 모듈 측정 기술
● 국방용 초고감도 광검출기 시험제작 및 검증 환경 셋업
- 초고감도 광검출기를 이용한 단거리/장거리 렌즈 및 마이크로렌즈 및 스캐너를 포함한 광학계 설계 및 제작
- 삼차원 입체영상 시스템

Abstract ▼

A. Final goal for research and development
GaN power device and development of application technology
1) Development of X-band high power/High integration GaN Power Device
2) Development of X-band high power/High Efficiency GaN Power Device
3) Development of X-band high power/High Efficiency GaN Power module
FPA module for 3 dimensional imaging laser radar and construction for 3 dimensional laser radar
1) Fabrication of high sensitivity photodiode and construction of Testbed
2) Fabrication of 1x32 APD array module for 3 dimensional laser radar
3) Development of 3 dimensional laser radar based on 32x32 APD array module
B. Annual contents of research
1) 1st year contents of research
Development of X-band GaN power device
- Structure and unit process technology of high power/high Power GaN HEMT Power Device
- Batch process of high efficiency GaN HEMT power device
- Characteristics, modeliong and parameters of high power Device
Fabrication of high sensitivity photodiode for military and setup for performance verification
- Fabrication of single APD and APD array
- PCB(printed circuit board) for the pPerformance verification of high sensitivity photodiode and fabrication of printed circuit board (PCB)
2) 2nd year contents of research
Development of GaN power amplifier
- Development of X-band GaN optimization and stabilization
- Design of X-band power amplifier circuit
- Batch process technology of X-band power amplifier
- Characterization of X-band power amplifier
Fabrication of high sensitivity photodiode for military and setup for performance verification
- Design of ROIC for high sensitivity photodiode
- Development of package for high sensitivity photodiode
3) 3rd year contents of research
Development of GaN power amplifier module
- Design of X-band power amplifier module
- Packaging of X-band power amplifier module
- Characterization of X-band power amplifier module
Fabrication of high sensitivity photodiode for military and setup for performance verification
- Design and Fabrication of optical lens for high sensitivity photodiode
- 3 dimensional laser radar prototypes

목차 Contents

표지 ... 1
제출문 ... 2
요약문 ... 3
ABSTRACT ... 8
CONTENTS ... 13
TABLES ... 14
FIGURES ... 15
목차 ... 18
표목차 ... 19
그림 목차 ... 20
제 1 장 서 론 ... 23
제 2 장 X-대역 GaN 전력소자 개발 ... 27
제 1 절 서론 ... 29
제 2 절 GaN 전력소자 단위공정 개발 ... 30
제 3 절 GaN HEMT 전력소자 개발 ... 42
제 4 절 GaN HEMT 전력소자 모델링 ... 58
제 5 절 결론 ... 67
제 3 장 3 차원 영상획득을 위한 레이저 레이다 ... 69
제 1 절 서론 ... 71
제 2 절 InGaAs/InP 광검출기 어레이 기술 개발 ... 73
제 3 절 3 차원 레이저 레이더 기술 개발을 위한 테스트 베드 ... 81
제 4 절 결 론 ... 88
제 4 장 결 론 ... 91
참고문헌 ... 95
약어표 ... 97
기술문서 구성표 ... 98

표/그림 (52)

표 그림 2-1. GaN HEMT 에피웨이퍼에서 4 종류의 Ohmic metal 구조를 나타내는 Map
표 그림 2-2. 열처리한 Ohmic metal 의 표면상태
표 그림 2-3. ICP dry etching 후 기판표면 SEM 사진
표 그림 2-4. Gate recess 전 후 GaN HEMT 소자의 DC 특성
표 그림2-5. Lapping 공정
표 그림2-6. Polishing 공정
표 그림 2-7. SiC wafer
표 그림 2-8. Si wafer
표 그림 2-9. X-대역 전력소자 공정에 GaN HEMT wafer 의 Epi. 구조
표 그림 2-10. X-대역 전력소자 공정의 흐름도
표 그림 2-11. X-대역 전력소자 제작 공정이 완료된 GaN wafer
표 그림 2-12. X-대역 전력소자 제작 공정의 단계별 상세도
표 그림 2-13. X-대역 전력소자(AlGaN/GaN/SiC, 0.25 ㎛ x 2 x 70 ㎛, Device ID: XO140)의 Gate voltage 에 따른 Transoncuctanc 및 Drain Current 특성
표 그림 2-14. X-대역 전력소자(AlGaN/GaN/SiC, 0.25 ㎛ x 2 x 70 ㎛)의 I-V 특성
표 그림 2-15. X-대역 전력소자(AlGaN/GaN/Si, 0.25 ㎛ x 2 x 70 ㎛, Device ID: XO140)의 Gate voltage 에 따른 Transoncuctanc 및 Drain Current 특성
표 그림 2-16. X-대역 전력소자(AlGaN/GaN/Si, 0.25 ㎛ x 2 x 50 ㎛)의 Gate voltage 에 따른 Transoncuctanc 및 Drain Current 특성
표 그림 2-17 X-대역 전력소자(AlGaN/GaN/Si, 0.25 ㎛ x 2 x 50 ㎛)의 I-V 특성
표 그림 2-18. X-대역 전력소자(AlGaN/GaN/Si, 0.25 ㎛ x 2 x 50 ㎛)의 Cut-off frequency(fT) 및 maximum oscillation frequency(fmax) 특성
표 그림 2-19. GaN HEMT 마스크 레이아웃
표 그림 2-20. Field Plate에 따른 GaN HEMT 단면도
표 그림 2-21. GaN HEMT 전력소자(구조 A) 사진
표 그림 2-22. GaN HEMT 전력소자(구조 A) 전력특성
표 그림 2-23. GaN HEMT 전력소자(구조 B) 사진
표 그림 2-24. GaN HEMT 전력소자(구조 B) 전력특성
표 그림 2-25. GaN HEMT 전력소자(구조 C) 사진
표 그림 2-26. GaN HEMT 전력소자(구조 C) 전력특성
표 그림 2-27. GaN HEMT 소자 사진
표 그림 2-28. GaN HEMT 소자 모델
표 그림 2-29. GaN HEMT 소자의 I-V 특성 모델링 결과
표 그림 2-30. GaN HEMT 소자의 S-파라미터 비교 (Vgs=-3 V, Vds=20 V)
표 그림 2-31. GaN HEMT 소자의 S-파라미터 비교 (Vgs=-2 V, Vds=20 V)
표 그림 2-32. GaN HEMT 소자의 S-파라미터 비교 (Vgs=-1 V, Vds=20 V)
표 그림 2-33. GaN HEMT 소자의 S-파라미터 비교 (Vgs=-3 V, Vds=30 V)
표 그림 2-34. GaN HEMT 소자의 S-파라미터 비교 (Vgs=-2 V, Vds=30 V)
표 그림 2-35. GaN HEMT 소자의 S-파라미터 비교 (Vgs=-1 V, Vds=30 V)
표 그림 3-1. InGaAs/InP 광검출기 소자 구조
표 그림 3-2. InGaAs/InP 광검출기의 전기장 분포
표 그림 3-3. APD 제작 공정
표 그림 3-4. 확산 온도에 따른 증폭층의 변화
표 그림 3-5. APD 의 Top view (a) single APD (b) 1 x 4 APD array (c) 4 x 4 APD array
표 그림 3-6. APD 소자의 단면 SEM 사진
표 그림 3-7. Single APD 의 I-V 특성
표 그림 3-8. 4x4 APD array 의 I-V 특성
표 그림 3-9. 1x32 APD array 의 Vph 와 Vbr 의 분포
표 그림 3-10. 골드 스터드 범핑 및 코이닝 공정도 SEM 사진
표 그림 3-11. 플립칩 본딩 된 4 × 4 광 검출기 어레이 SEM 및 단면 사진
표 그림 3-12. 플립칩 본딩 전/후 I-V data
표 그림 3-13. PCB 모듈 위에 실장 된 4 × 4 광 검출기 어레이와 Submount 및 ROIC 패키지 사진
표 그림 3-14. 수광 광학계
표 그림 3-15. 광 검출기 성능 측정 구성도
표 그림 3-16. 광 검출기 테스트 베드
표 그림 3-17. 45m 거리의 두 물체로부터 반사신호와 측정환경

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