Abstract
In this paper, millimeter-wave broadband MHEMT (Metamorphic High Electron Mobility Transistor) cascode amplifiers were designed and fabricated. The $0.1{\mu}m$ InGaAs/InAlAs/GaAs MHEMT was fabricated for cascode amplifiers. The DC characteristics of MHEMT are 670 mA/mm of drain current density, 588 mS/mm of maximum transconductance. The current gain cut-off frequency($f_T$) is 139 GHz and the maximum oscillation frequency($f_{max}$) is 266 GHz. To prevent oscillation of the designed cascode amplifiers, a parallel resistor and capacitor were connected to the drain of common gate device. By using the CPW (Coplanar Waveguide) transmission line, the cascode amplifier was designed and matched for the broadband characteristics. The designed amplifier was fabricated by the MHEMT MMIC process that was developed through this research. As the results of measurement, the amplifier was obtained 3 dB bandwidth of 50.37 GHz between 20.76 to 71.13 GHz. Also, this amplifier represents the S21 gain with the average 7.07 dB gain in bandwidth and the maximum gain of 10.3 dB at 30 GHz.
본 논문에서는 밀리미터파 대역에서 광대역 특성을 갖는 MHEMT (Metamorphic High Electron Mobility Transistor) cascode 증폭기를 설계 및 제작하였다. Cascode 증폭기 제작을 위해 먼저 $0.1{\mu}m$ InGaAs/InAlAs/GaAs MHEMT를 설계 및 제작하였다. 제작된 MHEMT는 드레인 전류 밀도가 670 mA/mm이고, 최대 전달컨덕턴스(gm)는 688 mS/mm이며, 주파수 특성으로 전류이득 차단 주파수($f_T$)는 139 GHz, 최대 공진 주파수($f_{max}$)는 266 GHz의 특성을 나타내었다. 설계된 cascode 증폭기는 회로의 발진을 막기 위해서 저항과 캐패시터를 commom gate 소자의 드레인이 병렬로 연결하였다. Cascode 증폭기는 CPW (Coplanar Waveguide) 전송선로를 이용하여 광대역 특성을 얻을 수 있도록 정합회로를 설계하였다. 설계된 증폭기는 본 실험실에서 개발된 MHEMT MMIC 공정을 이용해 제작되었다. 제작된 cascode 증폭기의 측정결과, 3 dB 대역폭이 20.76$\sim$71.13 GHz로 50.37 GHz의 넓은 대역 특성을 얻었으며, 대역내에서 평균 7.07 dB 및 30 GHz에서 최대 10.3 dB의 S21 이득 특성을 나타내었다.
