본 실험에서는 반사층(reflector)을 이용한 FBAR (Film Bulk Acoustic Resonator) 즉, SMR (Solidly Mounted Resonator) 제조에 필요한 재료들의 최적 증착 조건을 설정하여, 이를 바탕으로 제조한 SMR의 특성을 보여주었다. SMR은 상하부 전극층, 압전 박막층, 반사층, 기판으로 구성된다. 상하부 전극으로 알루미늄(Al) 금속 박막을 사용하였고 압전 박막층으로 산화아연(ZnO) 박막을 사용하였다. 실리콘(Si) 기판과 하부 전극 사이에 위치하는 반사층은 5층의 이산화규소 ($Si_2$)와 텅스텐(W) 박막으로 구성되었다. 상하부 전극은 dc 스퍼터링 방법으로 증착아였으며 반사층과 압전 박막층은 rf 스퍼터링 방법으로 증착하였다. 최적 증착 조건에서 증착된 산화아연 (ZnO) 박막은 rocking curve에서 표준편차가 $2.17^{\circ}$의 우수한 c축 우선배향성, 비저항은 $10^4\;{\Omega}cm$이상, 막 표면 거칠기(rms roughness)는 10.6${\AA}$의 특성을 나타내었다. 최적 증착 조건에서 증착된 텅스텐(W)과 이산화규소($Si_2$) 박막의 특성은 박막 거칠기 (rms roughness)가 각각 16 ${\AA}$, 33 ${\AA}$을 나타내었다. 또한 증착된 알루미늄 금속 박막의 비저항은 $5.1{\times}10^{-6}\;{\Omega}cm$이었다. 반도체 기본 공정을 이용하여 면적 $250{\times}250\;{\mu}m^2$의 SMR 소자를 만들고, 네트웍 분석기로 SMR 소자의 공진 특성을 분석하였다. 공진특성은 1.244 GHz에서 직렬공진, 1.251 GHz에서 병렬공진을 나타내었다. SMR 소자의 공진특성에서 공진기의 Q값은 1200이었다.
본 연구에서는 소형 압전소자의 전기-역학적 임피던스를 이용하여 모래의 단위중량이나 강도를 평가하였다. 다짐 몰드 내 크기가 다른 세 종류의 미고결 낙동강모래를 느슨하거나 조밀하게 성형한 다음 내부에 직경 20mm 원형모양의 납작한 압전소자를 설치하고 임피던스를 측정하였다. 또한, 가는 낙동강모래에 시멘트비 4, 8, 12, 16%로 직경 50mm, 높이 100mm의 고결 공시체를 6층으로 다져서 제작하였다. 고결 공시체의 3층 내부에 압전소자를 수평방향으로 설치한 다음 3일 동안 임피던스 신호를 측정하였으며, 측정 후 일축압축시험을 실시하였다. 미고결 모래의 단위중량이 증가함에 따라 공진주파수는 102kHz에서 105kHz까지 약간 증가하였으며, 공진주파수 발생 시 컨덕턴스는 감소하였다. 고결 모래의 양생시간과 시멘트비가 증가함에 따라 공진주파수는 129kHz에서 266kHz까지 크게 증가하였으며, 공진주파수 발생 시 컨덕턴스는 반대로 감소하는 경향을 보였다. 고결 모래의 일축압축강도는 시멘트비에 따라 289-1,390kPa 정도이며, 공진주파수와는 뚜렷한 정비례 관계를 보이지만 공진주파수 발생 시 컨덕턴스와는 반비례 관계를 보였다.
본 논문에서는 코히런트하게 결합되는 폴리머 마이크로링 공진기를 이용한 광학적 방식의 마이크로웨이브 대역통과 필터를 제안하고 구현하였다. 제안된 소자는 소형이며 구조가 간단하고, 열광학 및 전기광학 효과를 통한 중심주파수 변화가 용이하고, 그리고 다른 전기소자나 광소자와의 집적성 등이 뛰어나다. 특히, 이 공진기는 마이크로웨이브 신호를 수반하는 광신호를 효과적으로 필터링하기 위해 아주 작은 대역폭을 갖도록 설계되었다. 본 논문에서는 한 개의 링과 두 개의 링으로 구성된 공진기를 각각 제작하여 특성을 확인하였다. 링 공진기의 측정된 전달 특성을 이론적으로 fitting하였으며, 이로부터 제안된 마이크로웨이브 필터의 특성을 정확하게 예측하였다. 공진기의 링 수가 증가할수록 대역폭은 감소하고 롤오(roll-off) 특성이 향상되며 대역 소멸비가 증가함을 알 수 있었다. 측정된 대역통과 필터의 중심주파수는 $\~10GHz$였고 3-dB 대역폭은 $\~0GHz$였다. 그리고 Q값(quality factor)은 $\~10$이었고 통과대역의 소멸비는 약 25dB였다.
본 논문에서는 SEPP-LCC형 부하 공진 고주파 인버터의 한 회로형식을 제안하고, 그 동작원리에 관해서 명확히 하였다. 제안한 인버터는 스위칭 소자 양단에 병렬로 커패시터를 추가함으로써 스위칭 소자의 턴-온과 턴-오프시에 발생하는 스위칭 손실, 노이즈, 스트레스 등을 줄일 수 있다. 범용성 있는 회로해석을 위하여 무차원화 파라미터를 도입하였고, 동작특성 및 평가를 통하여 얻은 특성치를 이용하여 회로를 설계하였다. 또한, 실험을 통하여 이론해석의 정당성을 입증하였다.
Interleaved 컨버터의 경우 전류 리플을 줄여 출력 필터의 사이즈를 줄이기 위해 많이 사용된다. 하지만 모듈간 소자값의 편차가 발생할 경우 전류 불평형을 초래하게 되며, 이는 리플저감효과를 감소시키거나 방열문제, 노화촉진, 그리고 오동작을 일으킬 가능성을 높이게 한다. 특히 공진형 컨버터의 경우 주파수 제어를 시도하기 때문에 Interleaving 기법을 적용하여 효용성을 얻기에는 제약이 많다. 본 논문에서는 이러한 소자값의 불일치로 인한 전류 불평형 문제를 해결하기 위해 위상천이변조 제어를 제안한다. 동작원리와 시스템에 대한 분석을 제시하고, 모의실험을 통해 타당성을 검증한다.
체적 음향파 공진기(Film bulk acoustic resonator, FBAR)는 2~10 Ghz 대역의 차세대 이동 통신용 구현에 필수적인 부품이기 때문에 국내외에서 활발한 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 FBAR 소자 제조를 위한 연구에서 원자층 증착(Atomic layer deposition, ALD) 방법에 의한 ZnO buffer layer 위에 스퍼터링 방법을 이용한 2-step 방법을 사용하여 제조하였다. ALD를 이용한 ZnO buffer layer는 diethylzinc(DEZn)/$H_2O$를 순차적으로 주입하여 증착하였다. 이 때 두 원료물질 사이에 고순도 Ar 가스를 purge gas로 사용하였다. 원료의 주입시간은 1초, 원료간 purge 시간은 23 초로 하고 증착하였다. 2-step 방법을 이용할 경우, 스퍼터링 방법만을 이용하였을 때 보다 우수한 c-축 배향성 및 박막의 표면형상이 관찰되었다. 2-step 방법을 FBAR 소자 제작에 적용할 경우 보다 우수한 특성의 공진기를 제작할 수 있을 것으로 기대된다.
본 연구에서는 순차식 게이트구동방식을 사용하여 L, C 공진회로로 링크된 2조의 full-bridge 인버터회로를 병렬제어하는 기법을 제안하고 있다.MOSFET로 구성된 각 인버터는 한 개의 등가스위치 모델로 되어 직렬공진형 등가 half-bridge 인버터회로를 구성하고 있다. 게이트 제어기법으로 각 소자의 구동 주기를 분할 제어함으로서 소자의 직병렬 운전이 가능한 순차식 게이트 구동방식을 사용하고 이에 따른 인버터의 회로동작 모드를 분석하고 해석하였다.시뮬레이션을 통한 회로 해석 결과 각 인버터단과 소자의 전압 및 전류분담이 적절히 이루어지고 있음을 알 수 있었고 안정된 회로동작이 이루어지고 있음을 확인하였다.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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제33권8호
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pp.1239-1245
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2009
안테나를 소형화하는 기법에는 많은 접근 방법들이 있다. 본 논문에서는 안테나에 집중소자를 이용한 정합회로를 통하여 안테나의 소형화를 시도하였다. 안테나의 크기의 큰 영향을 주는 그라운드를 PCB 회로 기판과 공유함으로써 형상적인 크기를 최소화하도록 시도하였으며, 안테나의 급전부에 고주파용 집중소자를 이용한 매칭회로를 구성하여 안테나의 임피던스 정합특성을 분석하였다. 본 논문에서 제안된 안테나는 공진주파수의 파장에 비해 매우 작은 크기인 $7\;{\times}\;24\;mm$로 제작되었으며, 860 MHz 대역에서 -18 dB의 반사특성을 보이며 Z-Wave 시스템에 적용가능성을 확인하였다.
능동 여파기는 고집적화를 통한 소형화 추세에 있는 고주파 회로 block에 있어서 가장 핵심적인 부분중의 하나로 많은 연구가 진행되고 있으며 다수의 논문들이 발표되어 왔다. 본 논문에서는 공진기와 공진기를 연 결하고 있는 인버터를 능동소자로 대체하여 여파기를 설계하는 방법을 제시하였다. 기존의 논문에서도 본 방 법으로 연구된 사례가 있지만, 능동소자 및 능동회로로 구성된 인버터의 성능을 이론적으로 분석하지 않고 증폭기 block으로 사용하였기 때문에 여파기 성능에 미치는 영향을 고려하지 않았다. 본 논문에서는 능동소자가 갖는 특성을 해석하여 기존의 고주파 여파기 회로 설계방식에 그대로 이용할 수 있는 방법을 제시하였다. 설계된 3단 능동 여파기의 특성은 중심 주파수 865 MHz, 대역폭 75 MHz, 삽입 이득 24 MHz, 잡음지수는 2.5 d dB이하를 보였다.
펨토세컨드 원적외선 가속장치(Femtosecond Far-infrared Accelerator)에는 5 밴드의 클라이스트론이 사용되고 있으며, 이를 구동시키기 위하여 신뢰성이 높고 컴펙트하며 효율성이 좋은 펄스 모듈레이터가 필요하다. 전통적인 방식의 라인타입 공진충전 펄스 모듈레이터는 직류전원을 만들기 위하여 많은 고전압 소자들을 사용한다. 이러한 소자들로는 SCRs, 3상 트렌스포머, 정류 다이오드, 필터 초크, 필터 커패시터, 충전 인덕터, 충전 다이오드, deQing 회로, de-spiking 초크 둥으로 구성된다. 펨토세컨드 원적외선 가속장치의 펄스 모듈레이터에는 이러한 소자들을 사용하는 대신에 고전압 인버터전원장치를 사용함으로써 신뢰성이 높고 컴펙트하며 효율성이 좋은 펄스 모듈레이터를 제작하였다. 전통적인 방식의 라인타입 공진충전 펄스 모듈레이터는 deQing 회로를 사용해야만 하지만, 펨토세컨드 원적외선 가속장치의 펄스 모듈레이터의 빔 전압의 변동폭은 deQing 회로를 사용하지 않고도 0.5 % 범위안에서 동작하기 때문에 출력이 매우 안정적이다. 고전압 인버터전원장치의 사양은 10 KJ, 50KV, 200mA의 전원장치 4개를 병렬로 사용하여 30 Hz로 운전하고 있다. 본 논문에서는 펨토세컨드 원적외선 가속장치의 펄스 모듈레이터의 디자인개념과 출력전압의 변동폭에 관하여 논의하고자한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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