• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2011년도 제40회 동계학술대회 초록집
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• pp.46-46
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• 2011

본 논문에서는 전세계적으로 차세대 화합물반도체 플랫폼으로 각광을 받고 있는 GaN 전력소자의 연구개발 동향에 관하여 발표하고자 한다. GaN 반도체는 와이드 밴드갭(Eg=3.4eV)과 고온 안정성($700^{\circ}C$)등 재료적인 특징으로 인하여 고출력 RF 전력증폭기와 고전력용 전력반도체 응용에 큰 장점을 가진다. 전반부에서는 미국, 유럽을 중심으로 한 대형 국책 연구프로젝트등 RF 전력증폭기 연구개발 동향을, 후반부에서는 일본, 미국, 유럽에서 급속도로 진행되는 전력반도체 연구개발 동향에 관하여 알아본다. 이러한 총체적인 동향 분석을 통하여 차세대 반도체의 신시장 개척과 선진입을 위한 GaN 반도체의 연구개발 방향과 상용화의 중요성을 함께 생각해보고자 한다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제27권1호
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• pp.92-95
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• 2016

본 논문에서는 UHF 대역인 900 MHz에서 열음향 영상(thermoacoustic imaging, TAI) 응용을 위한 1 kW급 반도체 펄스 전력 증폭기를 설계 및 제작하였다. 반도체 펄스 전력 증폭기는 단펄스(short pulse) 동작을 위하여 펄스 폭 $80{\mu}s$, 듀티사이클 1 %, 900 MHz의 캐리어 주파수 조건에서 설계되었다. 전체 전력 증폭기는 16개의 단일 전력 증폭기를 윌킨슨 전력 분배기를 통해 결합하여 제작되었고, 사용된 능동 소자는 Freescale사의 MRFE6P9220HR3 LDMOSFET이 사용되었다. 제작된 전력 증폭기는 입력 전력이 -16 dBm일 때 중심주파수에서 60.2 dBm의 출력 전력과 76.2 dB의 전력 이득, 그리고 25 %의 드레인 효율 특성을 나타내었다.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2012년도 제42회 동계 정기 학술대회 초록집
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• pp.105-105
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• 2012

본 논문에서는 전세계적으로 차세대 에너지절감 반도체로 각광을 받고 있는 GaN 소자의 연구개발 동향에 관하여 발표하고자 한다. GaN 반도체는 와이드 밴드갭(Eg=3.4eV)과 고온 안정성($700^{\circ}C$)등 재료적인 특징으로 인하여 고출력 RF 전력증폭기와 고전력용 전력반도체 응용에 큰 장점을 가진다. 고출력용 GaN RF 전력증폭 소자의 전력밀도는 기존 Si-기반 LDMOS 트랜지스터보다 10배 이상 높아 제품의 소형화와 경량화를 통하여 30% 이상의 전력절감이 가능하며, 레이더, 위성등 송수신 트랜시버 모듈에 GaN 전력증폭기를 이용할 경우 기존 GaAs-기반 전력증폭기에 비하여 높은 전력밀도(>x8)와 높은 효율(>20%)로 인하여 모듈 크기를 50% 이상 줄임과 동시에 경량화를 이룰 수 있어 비행기, 위성등 탑재체의 에너지 절감에 크게 기여할 수 있다. 고전력용 GaN 전력 스위칭 소자는 기존 Si-기반 IGBT에 비하여 스위칭 손실과 온-저항 손실이 낮아 30% 이상의 에너지 절감이 가능하다. 뿐만 아니라, 일본 도요타 자동차사의 보고에 의하면 HEV등 전기자동차의 DC-DC 부스터 컨버터나 DC-AC 인버터에 GaN 전력반도체를 적용할 경우 경량화, 변환효율 향상, 전용 냉각시스템을 제거할 수 있어 연료소모를 10% 이상 줄일 수 있어 연간 400불 이상의 에너지 절감 효과를 가진다. 이러한 에너지절감 효과는 미국, 유럽, 일본등 선진국을 중심으로 차세대 GaN 반도체의 신시장 개척과 선진입을 위한 치열한 경쟁 구도의 구동력이 될 것이며, 본 논문을 통하여 GaN 반도체의 연구개발 방향과 상용화의 중요성을 함께 생각해보고자 한다.

• 한국항행학회논문지
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• 제22권4호
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• pp.319-324
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• 2018

본 논문은 RF 전력 반도체를 사용한 고출력 전력증폭기를 구현한 것으로 기존의 플라즈마 발생 장치에 사용되는 마그네트론 방식의 고출력 증폭기 문제점인 낮은 효율과 짧은 수명, 유지 보수의 어려움 그리고 높은 운용비용 등을 개선하기 위한 것이다. 구현된 고출력 전력증폭기는 2.45 GHz ISM (industrial scientific medical) 대역에서 공간 결합방식을 이용한 저 손실, 고출력 레디알 결합기와 반도체로 3 kW급 출력을 얻기 위해서 300 W 급 전력 증폭기 16개의 증폭기로 구성되어 있다. 또한, 이 증폭기는 개별적인 증폭기에 수냉 방식의 구조를 적용하여 고출력에 따른 발열문제를 극복하였다. 소형 시스템으로 구성된 이 전력증폭기는 원하는 출력에서 50%의 높은 효율을 얻었다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제22권12호
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• pp.1139-1147
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• 2011

본 논문에서는 S대역 400 MHz 대역폭을 갖는 능동 배열 위상레이더 시스템에 적용 가능한 GaN 반도체 전력 증폭기의 설계 및 제작 측정에 관해 소개하였다. GaN 팔레트 증폭 소자를 ${\lambda}$/4 입출력 차이를 둔 결합기를 이용하여 고출력 증폭기를 구현하였고, Suspended 형태의 고출력용 저손실 결합기와 개구면을 이용한 스트립라인 간의 커플러를 사용하여 자동 이득 제어(ALC) 기능을 가지는 고출력, 고효율의 반도체 전력증폭기를 구현하였다. 제작된 반도체 전력증폭기는 자동 이득 제어 미적용 시 최대 출력 5 kW, 효율 27.8 %, 이득 67 dB 특성을 가지며, 자동 이득 제어 적용 시 출력 4 kW, 효율 25.5 %와 duty 10 %, 최장 펄스 200 us에서 droop 0.1 dB 특성을 갖는다.

• 한국정보통신학회논문지
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• 제17권11호
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• pp.2479-2485
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• 2013

본 논문에서는 순차 바이어스를 이용한 반도체 레이더용 SSPA를 설계 하였다. 전력증폭기의 상승/하강 바이어스 지연에 의해 발생되는 신호의 왜곡을 제거하기 위하여 가변확장 펄스 생성기를 적용하였다. 최적화된 임피던스 매칭회로는 GaN-전력 소자의 높은 효율을 갖기 위하여 로드-풀 방식을 통한 마이크로파 특성 측정으로 설계되었다. 설계된 SSPA는 X밴드 반도체 레이더에 적용하기 위하여 전치 증폭기, 구동 증폭기 그리고 주 증폭기의 3개의 단으로 구성되었다. 그 결과로 200W 출력 펄스 최대 53.67dBm을 가지고 평균 52.85dBm의 SSPA를 만들 수 있었다. 본 논문에 제시된 반도체 펄스 압축 레이더 트랜시버 모듈의 최적화 설계는 추가적인 디지털 레이더에 대한 연구를 통해 소형화와 동작향상이 가능하다.

• 전자통신동향분석
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• 제27권1호
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• pp.74-85
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• 2012

차세대 화합물 반도체 플랫폼으로 각광을 받고 있는 GaN 전자소자 글로벌 연구개발 동향에 관하여 기술하고자 한다. GaN 전자소자는 와이드 밴드갭(Eg=3.4eV)과 고온 안정성($700^{\circ}C$) 등 재료적인 특징으로 인하여 고출력 RF 전력증폭기와 고전력용 전력반도체 응용에 큰 장점을 가진다. GaN 전자소자 기술동향에서는 먼저 미국, 유럽, 일본을 중심으로 한 대형 국책 연구프로젝트 분석을 통한 RF 전력증폭기 연구개발 방향을 살펴보고, 후반부에서는 이동통신 기지국, 선박 및 군용 레이더 트랜시버용 고출력 RF 전력증폭기의 응용 분야에 관하여 알아본다. 이러한 총체적인 동향분석을 통하여 차세대 반도체의 신시장 개척과 선진입을 위한 GaN 전자소자의 연구개발 방향과 조기상용화의 중요성을 함께 생각해보고자 한다.

• 전기의세계
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• 제25권4호
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• pp.12-16
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• 1976

Thyristor등의 반도체등의 전자장치를 사용하여 전력의 변환, 제어 및 개폐등을 행하는 기술분야를 1962년 Storm씨가 Solidstate Power Electronics라고 부르기 시작한 이래 급속한 발전을 이룩하여 왔음은 다 아는 사실이다. Storm씨는 1950년대에 전력제어를 위한 장치로써 가포화 리액터를 이용한 자기증폭기의 개발과 이론전개에 공헌한 분으로 전력용 반도체 소자의 개발의 필요성과 그 응용면의 가치를 가장 절실히 느끼고 있었다. 이는 자기증폭기가 무접점의 자기적 switch가 기계적인 switch에 비하여 응답속도가 빠른 것은 사실이나 400Hz 이상에서는 그 한계성을 가져왔기 때문에 새로운 소자 즉 전자적 전력 switch의 개발의 필요성을 당연하였던 것이다. 이상과 같은 소자들은 동작면에서 전압의 증폭을 대상으로 한것이 아니고 전류의 단속에 의한 전력변환을 목적으로 한 것이라고 볼 수 있다. 즉, 단위전하의 에너지로 표시되는 전압의 조정이 아니고 전하의 수를 조정하는 전류조정작용을 가지 소자라는 점에서 이들을 이용한 장치는 전류제어형이어야만 할 것이다.

• 한국전자파학회논문지
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• 제13권6호
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• pp.538-545
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• 2002

OFDM 통신 시스템에서는 피크전력 대 평균전력비(Peak to Average Power Ratio, PAPR)가 커짐에 따라 전력증폭기에서 비선형 왜곡이 발생되므로 이를 포함한 전송 성능평가가 중요하다. 본 논문에서는 전력증폭기에서 비선형 왜곡이 있는 OFDM 시스템의 성능을 평가하는 새로운 혼합 분석기법을 제안한다. 즉, 제안된 혼합 분석기법은 시뮬레이션을 이용하여 먼저 PAPR의 확률밀도함수와 비선형 잡음의 분산과 평균을 구하고, 이를 이용하여 해석적(analytical) 방법으로 전체 BER을 구하는 방법이다. QPSK 또는 16-QAM 변조방식의 OFDM 시스템에서, 반도체전력증폭기(Solid-State-Power Amplifier, SSPA)의 등가모델을 적용하고, PAPR을 파라미터로 사용하여 IBO 크기에 따른 BER을 분석한다. 제안 방법이 기존의 Monte-Carlo 시뮬레이션에 의한 BER과 거의 동일한 분석 결과를 보이고, 기존 방법보다 BER곡선을 얻는데 필요한 시간이 상당히 감소됨을 보인다

• 전기의세계
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• 제59권2호
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• pp.24-28
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• 2010