• 대한전자공학회:학술대회논문집
• /
• 대한전자공학회 2001년도 하계종합학술대회 논문집(2)
• /
• pp.217-220
• /
• 2001

Modified Materka-Kacprzak 대신호 MODFET(modulation-doped field-effect transistor) model을 사용하여 GaN(gallium nitride) MODFET 대신호 모델링을 수행하였다. Dambrine(3)이 제안한 방법에 따라 45㎒에서 40㎒의 주파수 범위에 걸쳐 S-parameter 및 DC특성을 측정하였으며, 측정결과를 토대로 cold FET 방법［4］에 의해 측정된 기생성분들을 de-embedding 함으로써 소신호 파라미터를 추출하였고, 추출된 소신호 파라미터는 함수를 사용하여 측정결과를 재현하는 맞춤함수 모델의 일종인 modified Materka 모델을 사용하여 모델링하였다. 수행된 대신호 모델링을 검증하기 위하여 모델링된 GaN MODFET의 DC 및 S-파라미터, 전력특성을 측정값과 각각 비교해 보았을 때 비교적 일치하고 있음을 보여서 GaN 대신호 모델링을 검증하였으며, modified Materka 모델이 GaN MODFET 대신호 모델링에 유용하게 사용될 수 있음을 보였다.

• Journal of electromagnetic engineering and science
• /
• 제14권3호
• /
• pp.284-292
• /
• 2014

This paper presents a characteristic evaluation of commercial gallium nitride (GaN) transistors having two different gate-lengths of $0.4-{\mu}m$ and $0.25-{\mu}m$ in the design of a class-S power amplifier (PA). Class-S PA is operated by a random pulse-width input signal from band-pass delta-sigma modulation and has to deal with harmonics that consider quantization noise. Although a transistor having a short gate-length has an advantage of efficient operation at higher frequency for harmonics of the pulse signal, several problems can arise, such as the cost and export license of a $0.25-{\mu}m$ transistor. The possibility of using a $0.4-{\mu}m$ transistor on a class-S PA at 955 MHz is evaluated by comparing the frequency characteristics of GaN transistors having two different gate-lengths and extracting the intrinsic parameters as a shape of the simplified switch-based model. In addition, the effectiveness of the switch model is evaluated by currentmode class-D (CMCD) simulation. Finally, device characteristics are compared in terms of current-mode class-S PA. The analyses of the CMCD PA reveal that although the efficiency of $0.4-{\mu}m$ transistor decreases more as the operating frequency increases from 955 MHz to 3,500 MHz due to the efficiency limitation at the higher frequency region, it shows similar power and efficiency of 41.6 dBm and 49%, respectively, at 955 MHz when compared to the $0.25-{\mu}m$ transistor.

• 전기전자학회논문지
• /
• 제22권1호
• /
• pp.209-212
• /
• 2018

본 논문에서는 P(VDF-TrFE)유기물 강유전체 기반 metal-ferroelectric-metal (MFM) capacitor 와 차세대 반도체 물질인 질화갈륨 반도체를 활용한 네거티브 커패시턴스 전계효과 트랜지스터를 제작 및 분석 하였다. 27 nm의 두께의 P(VDF-TrFE) MFM 커패시터의 분극지수는 4 MV/cm에서 $6{\mu}C/cm^2$ 값을 나타내었으며 약 65 ~ 95 pF의 커패시턴스 값을 나타내었다. 강유전체의 커패시턴스와 전계효과 트랜지스터의 커패시턴스 매칭을 분석하기 위해 제작된 P(VDF-TrFE) MFM 커패시터는 GaN 전계효과 트랜지스터의 게이트 전극에 집적화 되었으며 집적화되기 전 104 mV/dec 의 문턱전압 이하 기울기에서 82 mV/dec 값으로 개선된 효과를 보였다.

• 전력전자학회논문지
• /
• 제19권3호
• /
• pp.283-289
• /
• 2014

This paper carries out a series of analysis of power system using Gallium Nitride (GaN) FET which has wide band gap (WBG) characteristics comparing to conventional Si MOSFET-used power system. At first, for comparison of each semiconductor device, the switching-transient parameter is quantitatively extracted from released information of GaN FET. And GaN FET model which reflect this dynamic property is configured. By using this model, the performance of GaN FET is analyzed comparing to Si MOSFET. Also, in order to enable a representative assessment on the power system level, Si MOSFET and GaN FET are applied to the most common structure of power system, full-bridge, and each power systems are compared based on various criteria, such as performance, efficiency and power density. The entire process is verified with the aid of mathematical analysis and simulation.

• 전력전자학회:학술대회논문집
• /
• 전력전자학회 2019년도 추계학술대회
• /
• pp.4-6
• /
• 2019

본 논문은 Modular Scalable Inverter System에서 큰 부피를 차지하는 인덕터를 저감하기 위한 방법을 제안한다. 최근 전력분야에서는 모듈형 전력변환 시스템을 사용함으로써 다양한 시스템에 필요한 전력을 공급하여 효율을 증가시키고 신뢰성을 높이는 방법들이 대두되고 있다. 하지만 모듈을 병렬로 사용하는 경우에는 모듈 간에 흐르는 순환 전류가 발생하게 된다. 이런 순환전류는 부하로 전력을 공급하지 않기 때문에 시스템 효율을 떨어트리고 전류제어 및 부하 분담을 방해한다. 따라서 병렬형 인버터에는 출력에 순환전류 저감을 위한 인덕터를 사용해야 한다는 단점이 있다. 모듈형 전력변환 장치에서 큰 크기의 출력 인덕터는 시스템 사이즈를 늘리고 비용을 증가시키고 전력밀도가 낮아지게 된다. 따라서 GaN HEMT (Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor) 기반 인버터와 순환전류 저감 알고리즘을 사용하여 고속 스위칭을 함으로써 동일한 순환전류 저감 성능을 확보하지만 출력 인덕터의 크기를 줄이는 방안을 제시한다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
• /
• 전력전자학회 2017년도 전력전자학술대회
• /
• pp.96-97
• /
• 2017

본 논문은 Gallium Nitride-Field Effect Transistor(GaN-FET)를 적용한 고방열 및 고전력밀도 모듈형 벅 컨버터를 제안한다. Si-MOSFET를 적용한 벅 컨버터는 높은 스위칭 손실로 인해 고주파수 구동 및 자기소자 사이즈 저감에 한계가 존재하여 고전력밀도화가 어렵다. 반면, 제안된 방식은 스위칭 특성이 우수한 GaN-FET를 적용하여 고주파수 구동이 가능하며, 추가로 평면형 인덕터를 적용함으로써 자기소자의 부피 저감을 통해 컨버터의 고전력밀도화 및 모듈화가 가능하다. 특히, 방열 플레이트 및 케이스로 구성된 새로운 고방열 구조를 통해 방열효과를 극대화 시킬 수 있다. 제안된 모듈형 벅 컨버터의 타당성 검증을 위해 입력전압 48V, 출력전압 24V의 300W급 시작품 제작을 통한 실험결과를 제시한다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
• /
• 전력전자학회 2020년도 전력전자학술대회
• /
• pp.294-295
• /
• 2020

차세대 전력반도체 중 하나인 GaN HEMT(Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor)는 낮은 온 저항, 고속 스위칭 및 낮은 출력 커패시턴스 특성을 가지므로 더 높은 전력밀도를 달성할 수 있다. 그러나 낮은 문턱 전압 및 높은 dv/dt로 인해 외부 요인에 취약하다. 본 논문에서는 GaN HEMT를 3kW급 단상 인버터에 적용 시 발생한 문제점을 분석하고 해결방안을 제시한다.

• 한국전자파학회논문지
• /
• 제26권2호
• /
• pp.165-170
• /
• 2015

본 논문에서는 GaAs 기반 저잡음 증폭기가 사용되고 있는 레이더 수신기의 잡음지수를 낮추고, 저잡음 증폭기의 강인성(robustness)을 위하여 GaN HEMT 기반의 저잡음 증폭기를 설계하고 측정하였다. GaAs 기반의 저잡음 증폭기를 사용하는 레이더 수신기의 경우, 맨 앞단에 저잡음 증폭기를 보호하기 위한 리미터(limiter)가 필요하고, 이는 레이더 수신기 전체 잡음지수를 나빠지게 한다. 본 연구에서 측정한 GaN 기반 저잡음 증폭기의 잡음지수는 2 dB 이하로 측정되었다. 상용화된 GaAs 기반 저잡음 증폭기의 경우, 최대 입력 전력은 약 30 dBm인 반면 본 연구에서는 입력 전력이 43 dBm일 때 소자가 번아웃(burn-out)되었고, 전류 제한 모드로 동작시킬 경우 45.4 dBm에서도 강인성이 보장되었다.

• Journal of Power Electronics
• /
• 제17권3호
• /
• pp.601-609
• /
• 2017

Gallium nitride (GaN) power switching devices are promising candidates for high switching frequency and high efficiency power conversion due to their fast switching, low on-state resistance, and high-temperature operation capability. In order to facilitate the use of these new devices better, it is required to investigate the device characteristics and performance in detail preferably by comparing with various conventional silicon (Si) devices. This paper presents a comprehensive study of GaN high electron mobility transistor (HEMT) based non-isolated point-of-load (POL) synchronous buck converter operating at 2.7 MHz with a high step-down ratio (24 V to 3.3 V). The characteristics and performance of GaN HEMT and three different Si devices are analytically investigated and the optimal operating point for GaN HEMT is discussed. Zero-voltage switching (ZVS) is implemented to minimize switching loss in high switching frequency operation. The prototype circuit and experimental data support the validity of analytical and simulation results.

• 전력전자학회논문지
• /
• 제24권4호
• /
• pp.259-267
• /
• 2019

An active clamp flyback (ACF) converter applies a clamp circuit and circulates the energy of leakage inductance to the input side, thereby achieving a zero-voltage switching (ZVS) operation and greatly reducing switching losses. The switching losses are further reduced by applying a gallium nitride field effect transistor (GaN-FET) with excellent switching characteristics, and ZVS operation can be accomplished under light load with boundary conduction mode (BCM) operation. Optimal design is performed on the basis of loss analysis by selecting magnetization inductance based on BCM operation and a clamp capacitor for loss reduction. Therefore, the size of the reactive element can be reduced through high-frequency operation, and a high-efficiency and high-power-density converter can be achieved. This study proposes an optimal design for a high-efficiency and high-power-density BCM ACF converter based on GaN-FETs and verifies it through experimental results of a 65 W-rated prototype.