마이크로파 절연파괴(breakdown) 및 ECR 플라즈마를 발생시키기 위해 2.45 GHz 마그네트론을 사용하여 간편한 마이크로파 발생장치를 제작하였다. 이 장치는 KAIST-토카막에서 고온 플라즈마를 발생시킬 때 재현성이 좋은 플라즈마를 얻기 위해서 전 이온화하는데 이용된다. 장치에 사용한 마그네트론은 LG 전자의 2M213이고 출력 500W, 주파수 2.45GHz이며, 가정용 전자오븐에 사용된다. 기존의 가정용 마그네트론은 음극(cathode)과 양극(anode)사이에 걸리는 고전압이 60Hz의 주기를 갖기 때문에 약 16ms 마다 8ms동안만 주기적으로 초고주파를 발생한다. 이 마그네트론을 사용하여 연속적으로 발생되는 마이크로파를 얻기 위해서 음극과 양극사이에 개량된 회로로 리플전압이 작은 DC 고전압(5kV, 1A)을 인가하였다. 본 연구에서는 주기적으로 생성.소멸하는 ECR 프라즈마와 연속적인 ECR 플라즈마를 발생시켜 랑뮈어탐침과 광증배관(PMT)을 이용한 H$\alpha$ 방출(emission)을 측정하여 마이크로파 발생장치의 특성을 조사하였다.
BST thin films were etched with inductively coupled $CF_4(C1_2+Ar)$ Plasmas. The maximum etch rate of the BST thin films was 53.6 nm/min for a 10 % $CF_4$ to the $Cl_2/Ar$ gas mixture at RF power of 700 W, DC bias of -150 V, and chamber pressure of 2 Pa. Small addition of $CF_4$ to the $Cl_2/Ar$ mixture increased chemical effect. Consequently, the increased chemical effect caused the increase in the etch rate of the BST thin films. To clarify the etching mechanism, the surface reaction of the BST thin films was investigated by X-ray photoelectron spectroscopy.
In this paper, self-oscillating mixer is designed by small signal S-parameter and series feedback circuit. The input-output matching circuit is accomplished from double stub and additional matching stub. The self-oscillating mixer is oscillating itself and amplifies without any external local oscillator and an intermediate frequency amplifier, so it has advantages in its economical and system simplification. The experimental results show the maximum conversion gain 1.5d B and the noise figure 6.5d B at RF center frequency 4GHz and IF 1.1GHz` output oscillating power 4d Bm, efficiency 13.4%, stability -10MHz/V and -0.5MHz/\ulcornerC at oscillating frequency 5.1GHz.The rejection band loss characteristics in band pass filter and low pass filter are -40d B and -30d B, respectively.
무선 통신 시스템의 광대역화에 따라 수십GHz 이상에서의 시스템 구성이 필요하다. 이러한 시스템의 상용화를 위해서는 수십GHz 이상에서의 고주파 특성 만족과 저비용의 공정이 요구된다. 본 연구에서는 후막 리소그라피 공정을 이용하여 미세라인 특성에 민감한 BPF를 설계.제작하였다.
고주파 가속기의 전자선원의 설계 및 제작검증을 위한 hot-firing station을 설계하였다. 본 장치는 전자총의 빔 사이즈, 빔 전류 등을 측정할 수 있는 기기로 전원장치부, 고진공 챔버, 측정장치부 등 크게 세 부분으로 이루어져 있다. 특히 전원장치는 이중에너지 모드를 구현할 수 있도록 에너지의 크기가 다른 두개의 전자총 펄스를 생산해 낼 수 있도록 설계되었다. 고진공 챔버는 고전압 절연체를 이용하여 제작되었으며, 스크롤(건식) 펌프 와 터보 분자펌프를 이용하여 $10^{-7}$ torr 저/고진공 배기를 수행한 뒤, 이온 펌프를 이용하여 $10^{-8}$ torr까지 초고진공 배기를 수행할 수 있도록 설계하였다. 전자총으로 부터 나오는 전자들의 특성을 분석하기 위하여 패러데이 컵과 YAG 스크린을 설치하였다. 패러데이 컵은 전자빔의 인출 파형및 빔 전류를 측정하고, YAG 스크린은 CCD 카메라와 컴퓨터를 이용하여 전자빔의 균일도를 측정하여 정보를 얻도록 한다. 진공 쳄버의 최대 진공배기는 $10^{-9}$ torr이다.
본 논문에서는 다이아몬드 표면에의 산소흡착을 억제함으로써 양호한 전기적특성을 가지는 다이아몬드 MISFET를 제작하기 위해 초고진공 프로세스(ultrahigh vacuum process)에 의해 A1/Ca $F_2$/diamond MISFET를 제작하였다. 박막반도체 다이아몬드의 표면도전층으로서는 불소종단에 의해 형성되는 표면 도전층을 이용하였다. 초고진공 프로세스에 의해 제작된 A1/Ca $F_2$/diamond MISFET로부터 상용화된 실리콘 MOSFET와 동등한 레벨인~$10^{11}$ /$cm^2$ eV의 저농도의 표면준위밀도가 관측되었고, 유효이동도 $\mu$$e_{ff}$ 는 이제까지 발표된 박막반도체 다이아몬드 FET중 최고치인 300 $cm^2$/Vs 이었다. 본 논문에서는 또한 초고진공 프로세스에 의해 제작된 Al/Ca $F_2$/diamond MISFET를 이용하여 인버터회로(inverter circuit)를 제작하였으며, 고온고주파 환경에서 양호한 전기적 특성을 관찰하였다. 본 논문의 특징은 초고진공 프로세스에 의해 제작된 불소화 다이아몬드 박막반도체 MISFET에 관한 최초의 보고이며, 또한 다이아몬드 박막반도체 MISFET의 인버터회로(inverter circuit)동작에 관한 최초의 보고이다.다.
위상 잡음 특성이 마이크로파 발진기에서 중요한 설계 요소가 되면서 위상잡음을 줄이기 위한 여러 방법의 연구 결과가 제안되었다. 이러한 방법들은 위상잡음을 줄이기 위해 공진기의 Q 값을 증대시키는데 초점을 맞추었다. 유전체 공진기는 높은 Q 값을 갖기 때문에 그동안 낮은 위상잡음을 갖는 마이크로파 발진기에 널리 사용되어 왔다. 그러나 이것은 입체적 구조로 되어 있기 때문에 초고주파 집적회로(MMIC)에 적용할 수가 어려웠다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 평면형 구조이면서 위상잡음 특성을 개선할 수 있는 새로운 구조의 개방 링형 DGS 공진기를 제안하고, 이것을 이용하여 위상잡음 특성이 개선된 5.8GHz 대역의 발진기를 설계하였다. 개방 링형 DGS 공진기는 $50{\Omega}$ 전송선로 밑면에 링 모양으로 식각된 접지면을 갖는 구조로 되어있다. 발진기의 특성은 5.8GHz의 기본 주파수에서 6.1dBm의 출력레벨과 -82.7 dBc@100kHz의 위상잡음 특성을 나타내었다. 이것은 ${\lambda}/4$ 마이크로스트립 공진기를 이용한 것보다 위상잡음 특성이 96.5dB 정도 개선되었다.
(Na½Ln½) TiO₃(Ln = La, Pr, Nd, Sm)은 양의 온도계수(190 ∼ 480ppm/℃), 고유전율(99∼127)의 특성을 갖고 있다. 반면에 MgTiO₃는 음의 온도계수(-45ppm/℃), 저유전손실(110,000㎓)을 갖고 있다. 그래서 xMgTiO₃(1-x) (Na½Ln½) TiO₃의 유전특성에 관심을 갖게 되었고, 초고주파 대역에서의 유전특성을 측정하고 미세구조를 관찰하여, 몰비변화와 소결온도변화에 따른 경향성을 파악하였으며, 그 원인을 연구하였다. 그 결과 MgTiO₃와 (Na½Ln½) TiO₃는 구조적으로 새로운 고용체나 이차상을 형성하지 않는 혼합상을 이루고 있었다. 그리고 이들의 유전특성은 (Na½Ln½) TiO₃와 MgTiO₃의 중간 값을 나타냈고, logarithmic mixing rule로써 유전특성을 예측할 수 있다. 이중에서 온도에 안정한 조성은 Ln = La, Pr, Nd으로 치환되었을 경우 각각 x = 0.9, 0.87, 0.84이었다. 이때의 유전율은 22 ∼25, Qf값은 55000 ∼ 28000㎓를 나타내었다. 이로써 온도에 안정한 유전특성을 갖는 새로운 유전체 재료를 개발하였으며, 특히 Ln = La으로 치환되었을 경우 다른 조성에 비하여 유전특성이 좋을 뿐아니라, 소결온도 범위가 넓어 공정상의 잇점을 가지고 있다.
본 논문에서는 공정변화와 온도변화에 의한 MMIC의 성능저하를 보상할 수 있는 바이어스 안정화 회로를 제안하였다. 제안된 바이어스 안정화 회로는 기존의 정전류원을 사용하는 바이어스 회로와의 비교를 통하여 그 효과를 검증하였다. 두 구조를 동일한 조건으로 비교하기 위해 하나의 레이아웃에 두 구조를 채택한 증폭기를 동시에 설계 및 제작을 하였다. 공정오차는 세가지 경우 NOM, MIM, MAX로 구분하고 각각에 대해 고주파 특성을 측정하였다. 측정 결과로 정전류원을 가지는 바이어스회로를 채택한 증폭기 의 1.8 GHz에서의 이득변화는 6.4 dB, Ids 변화 7 mA이지만 제안된 바이어스회로를 채택한 증폭기는 이득변화는 2.1 dB, Ids 변화 3 mA로 우수한 특성을 보임을 확인하였다. 따라서, 제안된 바이어스 회로를 적용한 MMIC는 공정상의 변화와 온도 등에 의한 동작점의 변화를 보상하여 고주파특성의 감쇠를 보상할 수 있고 궁극적으로 회로의 수율을 개선할 수 있다. 제작된 회로의 전체크기는 1.2 mm $\times$ 1.4 mm이다.
Explosive Magnetic Generator of Frequency(EMGF)는 고폭화약의 폭발을 이용하여 화약의 폭발 에너지를 전자기 에너지로 변환 시키면서 초고주파의 강한 전자파를 발생시키는 효율적인 방법으로 연구되고 있다. 이 때 발생하는 전자파의 물리적 원인은 현재까지 명확하게 규명되어 있지 않은데, 단순한 시변 등가회로 해석만으로는 이러한 고주파 발진을 설명하기 어려운 것으로 알려져 있다. 이 논문에서는 기존에 널리 받아 들여 지고 있는 지수 감소적인 시변 인덕턴스 변화 모델에 대해서 자장압축효과를 고려한 유한요소 해석을 통해 문제점을 분석하고 보다 정확한 인덕턴스 변화 모델의 경향성에 대해서 제시하고자 한다. 그리고 이렇게 제시된 새로운 인덕턴스 변화 모델을 사용한 EMGF 출력 시뮬레이션을 통해 새로운 인덕턴스 변화 모델이 출력에 미치는 영향을 분석한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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