초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
⊙ 최종 목표
핵심가치로 선정된 국방부품용 화합물/실리콘 반도체 플랫폼 구축을 통해서 감시 정찰 무기 체계에 적용 가능한 집적회로(MMIC) 칩셋 및 모듈, 화력 및 유도 무기 체계에 적용 가능한 MCT 및 비냉각 적외선 센서 개발
■ 핵심가치1 (국방부품 자립화) :
▪ EL로 인해 해외 조달이 불가능한 또는 수입에 의존하는 무기 시스템용 전략 부품 개발
▪ 화합물 반도체 기반 군수용 부품 및 공정 3건 이상 개발
▪ 개발 부품의 파운드리 지원을 위한 소재

□ 연구개발 목표 및 내용
⊙ 최종 목표
핵심가치로 선정된 국방부품용 화합물/실리콘 반도체 플랫폼 구축을 통해서 감시 정찰 무기 체계에 적용 가능한 집적회로(MMIC) 칩셋 및 모듈, 화력 및 유도 무기 체계에 적용 가능한 MCT 및 비냉각 적외선 센서 개발
■ 핵심가치1 (국방부품 자립화) :
▪ EL로 인해 해외 조달이 불가능한 또는 수입에 의존하는 무기 시스템용 전략 부품 개발
▪ 화합물 반도체 기반 군수용 부품 및 공정 3건 이상 개발
▪ 개발 부품의 파운드리 지원을 위한 소재 및 공정 개발
▪ 핵심부품 개발을 통한 EL 극복, 부품 기술 자립화 및 독자적인 무기 체계 시스템 구축
■ 핵심가치2 (성능) :
▪ 해외 선진국 최고 수준 대비 90% 성능 확보
■ 핵심가치3 (신뢰성) :
▪ 군수 부품에서 요구되는 MIL-Spec.을 만족하는 신뢰성 확보
▪ 해외 파운드리 업체 대비 반도체 공정 수율을 준 양산 수준으로 확보
▪ 국내외 공인 기관 또는 국방 관련 기관 인증 확보

⊙ 전체 내용
연구목표 달성을 위하여 ‘RF 집적회로 국산화 및 플랫폼 구축’, ‘고전압스위치/광센서 국산화 및 플랫폼 구축’, ‘핵심 방산부품 모듈 통합 패키징 기술 개발’이라는 3가지 세부과제로 나누어 연구를 진행하고, 국방부품 자립화, 성능, 신뢰성 등의 3가지 핵심가치를 도출함.
핵심가치 1의 국방부품 자립화를 위해서는, 0.2 μm GaN HEMT MMIC 라이브러리 기술 개발, C-/X-/Ku-band MMIC 칩셋 기술 개발, 펄스파워용 2500V 급 고전압스 위치 전력소자(MCT) 개발, 근적외선 대역 Laser Tracker용 고감도 4분할-APD 개발, 비냉각형 적외선 영상센서 개발(성능목표 1),
핵심가치 2의 해외 선진국 최고 수준 대비 90% 성능 확보를 위해서는, C-/X-/Ku-band MMIC 칩셋 기술 개발, 펄스파워용 2500V 급 고전압스위치 전력소자(MCT) 개발, 근적외선 대역 Laser Tracker용 고감도 4분할-APD 개발, 비냉각형 적외선 영상센서 개발, 고출력 GaN MMIC T/R 모듈/MCT/마이크로볼로미터 패키징 기술 개발, 방열 기술 개발(성능목표 2),
핵심가치 3의 신뢰성 확보를 위해서는, 0.2 μm GaN HEMT 신뢰성 기술, 펄스파워용 2500V 급 고전압스위치 전력소자(MCT) 개발, 근적외선 대역 Laser Tracker용 고감도 4분할-APD 개발, 비냉각형 적외선 영상센서 개발, 고출력 GaN MMIC T/R 모듈/MCT/마이크로볼로미터 패키징 기술 개발, 방열 기술 개발(성능목표 3)을 세부목표로 설정함. 세부목표별 연구 내용은 아래와 같음.
■ RF 집적회로 국산화 및 플랫폼 구축
▪ 0.2 μm GaN HEMT MMIC 라이브러리 기술
- 0.2 μm C-/X-/Ku-band GaN HEMT 소자 라이브러리 최적화
- 수동 소자 라이브러리 최적화 및 후면공정 기술 개발
- MMIC 구현을 위한 소자 공정의 재현성 및 안정성 확보
▪ C-/X-/Ku-band Multi-chip 모듈용 MMIC 칩셋 개발
- C-/X-/Ku-band PA MMIC, LNA MMIC, DA MMIC, SPDT MMIC 개발
- C-/X-/Ku-band one-chip MMIC 개발
▪ 0.2 μm GaN HEMT 신뢰성 시험

■ 고전압스위치/광센서 국산화 및 플랫폼 구축
▪ 펄스파워용 2500V 급 고전압스위치 전력소자(MCT) 기술
- 고전압스위치 전력소자 (MCT) 시뮬레이션 및 소자 설계
- 2500V 급 MCT 소자 개발을 위한 핵심 공정 기술 개발
- MCT 소자 제작 및 특성 평가
- MCT 패키지 시제품의 정특성/동특성 평가 및 신뢰성 확보
▪ 근적외선 대역 Laser Tracker용 고감도 4분할-APD 기술
- 근적외선 대역 고효율 실리콘 4분할-APD 시뮬레이션 및 소자 설계
- 근적외선 대역 실리콘 4분할-APD 제작을 위한 핵심공정 개발
- 4분할-APD 공정 설계, 마스크 설계, 소자 제작 및 wafer level 특성 평가
- 950nm 이상의 근적외선 대역 4분할-APD 광패키징 및 광특성 평가
▪ 비냉각형 적외선 영상센서 기술
- 12㎛ 픽셀 크기의 QVGA급 신호취득회로 설계
- 마이크로볼로메타 단위 픽셀 공정 및 어레이 공정 개발
- 마이크로볼로메타 어레이를 신회취득회로 웨이퍼와 Monolithic 집적화
- 마이크로볼로메타 측정 및 분석

■ 핵심 방산부품 모듈 통합 패키징 실용화 기술 개발
▪ 고출력 GaN MMIC T/R 모듈 패키징 기술
- 고방열/고온신뢰성 갖는 MMIC Die Attach 공정 개발 (접합부 두께: 30㎛, 접합부 기공비율: 8%이하, 고온안정성: 220℃/1,000 시간, TC 신뢰성: 200cycle(-55℃-150℃), 고온/고습 신뢰성(85℃/85%): 1,000시간)
- MMIC 소자 초박형 Die Interconnect 공정 개발 (Loop Height: 100㎛이하)
- 송수신 모듈 방열 패키지 구조 설계 및 해석기술 개발
▪ MCT 패키징 기술
- 2,500V급 MCT 4 Lead TO 패키지 모듈 개발
- 2,500V급 MCT 고전압 스위치 SMD 패키지 모듈 개발
▪ 마이크로 볼로미터 패키징 기술
- WLVP 진공도 1E-1 torr 기술 개발
- 윈도우 적외선 투과율 >70% 기술 개발
▪ 방열 기술
- 유효열전도도 20,000 W/(m·K)급 박판형 열확산기기 개발
- 제원: 100 mm × 100 mm × 3 mm (L × W × H)

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
■ 활용 계획
▪ C-/X-/Ku-대역 GaN MMIC 칩셋 기술
- 대포병 레이더, 항공기 및 함정 차세대 능동주사위상배열 레이더, 차세대 탐색기 등에 적용 가능한 송수신 모듈 제작에 활용
- ETRI 0.2㎛ GaN HEMT PDK를 제공하여, 산학연 GaN MMIC 설계 수요에 대응 가능함.
- 국내 개발되고 있는 4인치 GaN-on-SiC wafer에 대한 0.2㎛ GaN HEMT 공정 수행 및 국산 GaN-on-SiC wafer의 특성 검증에 활용 가능함.
▪ 펄스파워용 2500V급 고전압스위치 전력소자 (MCT) 기술
- 고에너지 기폭장치, 점화장치, 전자식 안전장전장치 등 국방용 펄스파워 고전압스위치로 적용
- 고전압 펄스전류 전송, UPS, 유도가열장치 등 산업기기용 전원시스템과 입자 가속기, 플라즈마 생성 장치, 친환경 수처리/가스처리 등의 다양한 민수용 펄스파워 응용분야에 적용 가능
▪ 근적외선 대역 Laser Tracker용 고감도 4분할-APD 기술
- 군수부품용 근적외선 대역 레이저 트래커 및 LWS(Laser Warning Systems) 등의 레이저 검출기 적용
- 자율주행 자동차, 스크린도어, 하이패스 차량검지기 등 LiDAR 용 부품, TOF 방식의 거리측정기 뿐만 아니라 근적외선 분광기, Particle Counter, 다양한 의료기기 등의 민수용 부품에 활용 가능
▪ 비냉각형 적외선 영상센서
- 개인화기용 조준경등 군수용품
- CCTV, 지능형/무인자동차, 드론, 로봇, 각종 감시 모니터링 분야 등 다양한 산업분야 적용 가능

■ 기대 효과
▪ C-/X-/Ku-대역 GaN MMIC 칩셋 기술
- 군수용 레이더 송수신 모듈용 GaN MMIC 칩셋의 국산화 기반을 구축하고, 해외 전량수입 중인 GaN MMIC 칩셋의 국산화 개발을 통해 대외 기술 종속을 탈피하고 민간분야의 선진기술을 국방분야에 적용함으로써 국방 및 민간기술의 공동발전에 기여함.
- 차세대 국방부품인 GaN MMIC 칩셋에 대한 기반 기술을 자체 확보함으로써 국방 부품의 기술력을 보유하여 국가경쟁력을 확보하고 EL로부터 자유도를 확보할 수 있고, 군수용 핵심부품의 기술 자립도를 향상시킴.
- 차세대 이동통신 기지국용 GaN 전력소자 및 MMIC를 자체 확보하게 되어 고출력 전력증폭기를 포함한 다양한 응용 분야의 최종 제품의 기술독립과 경쟁력 향상이 가능함.
▪ 펄스파워용 2500V급 고전압스위치 전력소자 (MCT) 기술
- 고전압스위치 전력소자의 국산화는 미래전 무기체계의 전원시스템에 적기에 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 전력부품의 국가 경쟁력을 향상시켜 관련 산업의 국외기술 종속화 탈피
- 수출제한 품목으로 지정되어 수입이 어려운 1400V~2500V급 MCT를 국산화함으로써 각종 유도탄용 기폭장치 및 신관용 전자식안전장전장치의 독자기술 확보가 가능하여 군 전력화에 기여
- 고전압 MCT 기술 확보로 IGBT, Power MOSFET 등의 다양한 전압/전류 레벨의 전력반도체 개발의 기반이 되며, 각종 가전기기, 전기자동차 등에 사용되는 전력반도체 부품 개발을 앞당길 수 있음
▪ 근적외선 대역 Laser Tracker용 고감도 4분할-APD 기술
- Si 기반의 고성능 근적외선 대역 APD 국산화는 군수용 부품 이외에도 자율주행자동차, 모바일 IT 기기, 헬스케어 장비 등의 응용제품의 성능을 향상시켜 관련 제품의 기술 경쟁력 향상
- 전량 수입에 의존하고 있는 고성능 광소자의 국산화로 관련 분야의 경쟁력 확보와 함께, 국내 및 해외시장 진출로 수입대체 및 수출효과 기대
- 무인운반차, 자율주행자동차, Lidar 등 4차 산업 응용분야의 확대에 기여하고, 새로운 기술 분야의 개발, 제품화로 신산업 창출에 의한 고용 증대, 스마트한 사회 구축에 기여
▪ 비냉각형 적외선 영상센서
- 캔틸레버 미세화 단위 공정 개발을 위한 공정개선 인프라 확보
- 고해상도 적외선 열영상 취득회로 설계 인프라 확보

(출처 : 요약문 18p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출서 ... 2
• 연차보고서 ... 16
• 요약문 ... 18
• 목차 ... 21
• I. 실 적 ... 22
• 1. 융합연구 개요 ... 22
• 1-1. 문제해결 목적 ... 22
• 1-2. 총괄 개요 ... 31
• 2. 전년도 연구개발 성과 ... 32
• 2-1. 총괄 목표 및 내용 ... 32
• 2-2. 세부과제별 연구내용 ... 41
• 2-3. 연구개발 성과 ... 186
• 2-4. 위탁연구 주요 성과 ... 196
• 3. 융합연구 추진 성과 ... 211
• 3-1. 추진 체계 ... 211
• 3-2. 추진 실적 ... 213
• 4. 연구수행에 따른 문제점 및 개선 방향 ... 215
• 4-1. 문제점 및 개선방향(대책) ... 215
• 4-2. 성과 극대화를 위한 기회요인 ... 217
• Ⅱ. 계 획 ... 219
• 1. 국내·외 관련분야의 환경변화 ... 219
• 2. 당해연도 연구개발 목표 및 내용 ... 221
• 2-1. 총괄 목표 및 내용 ... 221
• 2-2. 세부과제별 추진 계획 ... 233
• 2-3. 연구개발 성과 목표 ... 248
• 2-4. 위탁연구 계획 ... 249
• 2-5. 주요 연구계획 변경 사항 ... 253
• 2-6. 기술경로도 ... 254
• 3. 융합연구 추진 전략 ... 255
• 3-1. 추진 체계 ... 255
• 3-2. 추진 전략 ... 257
• 4. 총 사업비 ... 259
• 4-1. 연차별 총 연구개발비 현황 ... 259
• 4-2. 비목별 총 연구개발비 현황 ... 259
• 4-3. 기관별 총 연구개발비 현황 ... 260
• 4-4. 세부과제별 총괄 사업비 현황 ... 262
• Ⅲ. 붙 임 ... 263
• 1. 융합연구단 참여인력 현황 ... 263
• 2. 대표성과 요약문 및 증빙 ... 265
• 끝페이지 ... 329