• 전력전자학회:학술대회논문집
• /
• 전력전자학회 2020년도 전력전자학술대회
• /
• pp.233-235
• /
• 2020

본 논문은 40 kV 나노초 펄스발생을 위한 모듈형 solid-state Marx modulator(SSMM) 설계에 대해 기술한다. 가속기 및 플라즈마 어플리케이션과 같은 다양한 응용분야에 요구되는 전압 및 전류 사양을 만족시키기 위해 10 kV(출력 전압), 50 ns(펄스폭), 20 ns(상승&하강 시간), 100 kHz(반복률)의 사양을 만족하는 단위모듈기반으로 모듈형 설계를 제안한다. 독립적인 제어가 가능한 4개의 단위모듈을 기반으로 제안된 SSMM은 임의의 출력 파워 및 임피던스를 만족시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 예를 들어, 모든 단위모듈의 위상을 같게 했을 때 출력전압을 증가시킬 수 있으며 각 모듈의 위상을 지연하였을 경우는 펄스의 반복률을 크게 높일 수 있다. 개발된 SSMM은 직렬 스택 MOSFET의 스위칭 성능을 향상시키기 위해 게이트 구동 회로는 동기 신호와 구동 전력을 제공하는 1 턴 변압기로 설계되었다. 출력 펄스의 폭과 하강시간을 최소화하기 위해 다이오드 대신 기생 커패시턴스에 저장된 에너지를 빠르게 방출하는 액티브 풀다운 회로가 적용되었다. 또한, 출력 펄스의 빠른 상승을 달성하기 위해 게이트의 라인 인덕턴스를 최소화하고 모든 게이트 신호의 동기화는 필수적이다. 개발된 ns급 펄스전원장치는 단위모듈을 기반으로 최대 펄스전압이 40 kV 까지 출력이 가능하며 이에 대한 상세설계 및 구현은 실험결과를 바탕으로 검증한다.

• 한국정보통신학회:학술대회논문집
• /
• 한국정보통신학회 2015년도 추계학술대회
• /
• pp.451-454
• /
• 2015

본 논문에서는 저전압, 저전력 회로에 적합하고, $0.35{\mu}m$ 공정을 이용한 3가지의 OTA를 제시한다. 첫 번째는 1V의 공급전압과 $1.774{\mu}W$의 소비전력을 사용하며 모든 트랜지스터들이 strong inversion 영역에서 동작한다. Bulk 입력으로 인해 줄어든 gm을 보상하기 위해서 Gm-enhancement 기법을 사용하였고, 저전압으로 동작하는 Wide swing current mirror, Class-A output을 적용하였다. 두 번째는 0.8V의 공급전압과 52nW의 소비전력을 사용하여 112dB의 높은 이득을 가지는 2-stage OTA이다. Current mirror는 두 개의 MOS의 Gate를 묶는 Composite Transistor 구조를 사용하여 마치 Cascode와 같은 효과를 주어 출력저항을 높여주었다. 세 번째는 0.6V의 공급전압과 160nW의 소비전력을 사용하여 77dB의 이득을 가지는 2-stage OTA이다. 두 번째 증폭 단에 추가적인 바이어스전압이 필요하지 않으면서 증폭할 수 있도록 Common Gate 구조로 구현하여 Level Shift 기능을 사용하였다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
• /
• 한국전기전자재료학회 2009년도 추계학술대회 논문집
• /
• pp.48-48
• /
• 2009

최근 빠른 동작속도와 고 집적도를 얻기 위해 metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) 의 크기는 계속 해서 줄어들고 있다. 동시에 게이트의 절연층도 얇아지게 된다. 절연층으로 사용되는 $SiO_2$ 의 두께가 2nm 이하로 얇아 지게 되면 터널링에 의해 누설 전류가 발생하게 된다. 이 문제를 해결하기 위해 $SiO_2$ 를 대체할 고유전체 물질의 연구가 활발하다. 고유전체 물질 중에는 $ZrO_2,\;Al_2O_3,\;HfO_2$ 등이 많이 연구 되어 왔다. 하지만 유전상수 이외에 band gap energy, thermodynamic stability, recrystallization temperature 등의 특성이 좋지 않아 대체 물질로 문제점이 있다. 이를 보안하기 위해 산화물을 합금과 결합시키면 서로의 장점들이 합쳐져 기준들을 만족하는 물질을 만들 수 있고 $HfAlO_3$가 그 중 하나이다. Al를 첨가하는 이유는 문턱전압을 낮추기 위해서다. $HfAlO_3$는 유전상수 18.2, band gap energy 6.5 eV, recrystallization temperature 800 $^{\circ}C$이고 열역학적 특성이 안정적이다. 게이트 절연층은 전극과 기판사이에 적층구조를 이루고 있어 이방성인 드라이 에칭이 필요하고 공정 중 마스크물질과의 선택비가 높아야한다. 본 연구는 $HfAlO_3$박막을 $BCl_3/Ar,\;N_2/BCl_3/Ar$ 유도결합 플라즈마를 이용해 식각했다. 베이스 조건은 RF Power 500 W, DC-bias -100 V, 공정압력 15 mTorr, 기판온도 40 $^{\circ}C$ 이다. 가스비율, RF Power, DC-bias, 공정 압력에 의한 마스크물질과 의 선택비를 알아보았다.

• 전기전자학회논문지
• /
• 제13권2호
• /
• pp.208-215
• /
• 2009

본 논문에서는 DT-CMOS(Dynamic Threshold voltage CMOS) 스위칭 소자를 사용한 모바일 기기용 고 효율 전원 제어 장치(PMIC)를 제안하였다. 휴대기기에서 필요한 높은 출력 전압과 낮은 출력 전압을 제공하기 위하여, 부스트 변환기(Boost Converter)와 벅 변환기(Buck Converter)를 원칩(One-chip)으로 구현하였다. 그리고 높은 출력 전류에서 고 전력 효율을 얻기 위하여 PWM(Pulse Width Modulation) 제어 방식을 사용하여 PMIC를 구현하였으며, 낮은 온 저항을 갖는 DT-CMOS를 설계하여 도통 손실을 감소시켰다. Voltage-mode PWM 제어 회로와 낮은 온 저항 스위칭 소자를 사용하여 구현한 부스트 변환기와 벅 변환기는 100mA 출력 전류에서 92.1%와 95%의 효율을 구현하였으며, 1mA이하의 대기모드에서도 높은 효율을 구현하기 위하여 LDO를 설계하였다.

• 한국전자파학회논문지
• /
• 제24권8호
• /
• pp.798-804
• /
• 2013

본 논문에서는 고주파 회로 모델링을 이용하여 전기자동차의 LDC로부터 방출되는 전도성 전자파 잡음을 시스템-레벨에서 분석하였다. 관련 전도 방출의 주요 원인은 LDC에서 사용하는 펄스폭 변조 방식의 100 kHz 스위칭 동작에 기인하며, 이러한 전도 방출은 공통-임피던스 결합 및 유도성 결합을 통해 AM/FM 주파수 대역에서의 무선주파수 간섭을 유발한다. 이러한 문제를 분석하기 위해 LDC를 구성하고 있는 MOSFET과 고압 커패시터, 고전압 케이블과 버스 바에 대한 기본 회로는 물론, 각 부분에서 존재하는 기생 성분 및 비선형 특성을 해석하여 LDC 전체를 포함한 시스템-레벨의 고주파 등가회로 모델을 제안하였다. 이러한 모델을 이용하여 시뮬레이션과 측정을 비교하여 유사성을 검증하였다. 향후 이러한 접근 방법이 전기자동차의 전자파 적합성 설계에 효과적으로 사용될 수 있을 것으로 기대한다.

• 한국전기전자재료학회논문지
• /
• 제23권12호
• /
• pp.924-928
• /
• 2010

In this study, $HfAlO_3$ thin films using gate insulator of MOSFET were etched in inductively coupled plasma. The etch characteristics of the $HfAlO_3$ thin films has been investigated by varying $O_2/BCl_3$/Ar gas mixing ratio, a RF power, a DC bias voltage and a process pressure. As the $O_2$ concentration increases further, $HfAlO_3$ was redeposited. As increasing RF power and DC bias voltage, etch rates of the $HfAlO_3$ thin films increased. Whereas, as decreasing of the process pressure, etch rates of the $HfAlO_3$ thin films increased. The chemical reaction on the surface of the etched the $HfAlO_3$ thin films was investigated with X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). These peaks moved a binding energy. This chemical shift indicates that there are chemical reactions between the $HfAlO_3$ thin films and radicals and the resulting etch by-products remain on the surface.

• 대한전자공학회논문지SD
• /
• 제46권7호
• /
• pp.61-67
• /
• 2009

본 논문에서는 0.25-$\mu$m 디지털 CMOS공정으로 제작된 UHF대역 RFID를 위한 무선통신용 쿼드러처(Quadrature) 출력이 가능한 Integer-N방식의 PLL 주파수 합성기를 설계 및 제작하여 측정하였다. Integer-N 방식의 주파수 합성기의 주요 블록인 쿼드러처 전압제어 발진기(Voltage Controeld Oscillator, VCO)와 위상 주파수 검출기(Phase Frequency Detector, PFD), 차지 펌프(Charge Pump, CP)를 설계하고 제작하였다. 전압제어발진기는 우수한 위상노이즈 특성과 저전력 특성을 얻기 위해 LC 공진기를 사용하였으며 전압제어 가변 캐패시터는 P-channel MOSFET의 소스와 드레인 다이오드를 이용하여 설계되었으며 쿼드러처 출력을 위해 두 개의 전압제어발진기를 서로 90도 위상차를 가지도록 설계하였다. 주파수 분주기는 프리스케일러(Pre-scaler)와 아날로그 디바이스사의 칩 ADF4111을 사용하였으며 루프 필터는 3차 RC필터로 설계하여 측정하였다. 측정결과 주파수 합성기의 RF 출력 전력은 50옴 부하에서 -13dBm이고, 위상 잡음은 100KHz offset 주파수에서 -91.33dBc/Hz 이었으며, 동작 주파수영역은 최소 930MHz에서 최대 970MHz이고 고착시간은 약 600$\mu$s이다.

• 전력전자학회:학술대회논문집
• /
• 전력전자학회 2018년도 전력전자학술대회
• /
• pp.213-215
• /
• 2018

본 논문에서는, 경부하 조건에서 저감된 스위칭 손실과 중부하 이상 조건에서 영전압 스위칭을 통해 높은 효율을 가지는 토템폴 브리지리스 역률보상회로를 제안한다. 토템폴 브리지리스 역률보상회로는 기존 브리지 다이오드를 포함한 역률보상회로의 단점인 도통패스 구간의 비교적 많은 소자 수를 통한 도통손실이 다소 큰 단점을 보완한 회로이다. 하지만, 토템폴 브리지리스 역률보상회로는 여전히 하드 스위칭을 통한 손실과 주 파워링 다이오드의 역회복 손실로 인한 단점을 지니고 있게 되며, 그로 인해 현재로써는 높은 효율과 안정적인 동작을 위해서는 부득이 GaN FET를 적용한 개발이 대부분이다. Full 부하 조건의 전류 용량을 고려하여 높은 전류 정격을 가지는 GaN FET를 주 스위치로 활용할 경우, 전류용량과 비례하여 기생 커패시턴스에 의한 손실이 커지기 때문에 경부하 조건에서 높은 효율을 확보하기가 다소 어렵다. 또한 구조상 물리적으로 여전히 하드 스위칭 동작을 할 수 밖에 없기 때문에 서버용 전원장치에서 요구하는 높은 효율을 달성하는데 한계를 지니며 높은 비용이 요구되는 단점을 지니게 된다. 이를 해결하기 위해, 제안하는 회로는 간단한 회로를 통해 경부하 조건에서 저감된 스위칭 손실과 중부하 이상 조건에서 소프트 스위칭을 만족하여 전체 부하 조건에서 기존의 GaN FET을 활용한 토템폴 구조 대비 높은 효율을 가지게 된다. 또한, 토템폴 구조임에도 불구하고 중부하 이상 영역에서 소프트 스위칭 동작을 통해 주 스위치를 비교적 저렴하고 신뢰성이 검증된 Si-MOSFET을 적용할 수 있다는 장점을 지닌다. 제안하는 회로의 효용성을 증명하기 위해, 하이라인 입력 전압과 750W 출력 조건에서 실험을 진행하였다.

• 센서학회지
• /
• 제14권2호
• /
• pp.78-84
• /
• 2005

A contactless recharging device for totally implantable middle ear systems has been designed as a pillow type that the user can recharge the implanted battery with taking a rest. The proposed device uses the electromagnetic coupling between the transmitting coil and the receiving coil. To supply sufficient power for the implanted circuits, each coil uses LC resonance and the implanted device uses voltage doubler. A power MOSFET is used for switching the DC voltage of LC parallel circuit and the switching frequency demands on a programmable frequency generator which is controlled by microcontroller. In order to improve the electromagnetic coupling efficiency at specific positions of coil which may vary with the displacement of head, the optimal location of receiving coil was studied, and the 5 transmitting coils in a pillow for recharging the implant module was designed. From such a recharging experiment, it was found that the proposed device could provide the sufficient operating voltage within the distance of 4 cm between pillow and the implanted device.

• 한국정보통신학회논문지
• /
• 제17권10호
• /
• pp.2395-2402
• /
• 2013

본 논문에서는 40MHz의 대역폭과 개선된 선형성을 가지는 active-RC channel selection filter (CSF)가 제안된다. 제안되는 CSF는 5차 butterworth 필터로써 한 단의 1차 low pass 필터와 두 단의 biquad 기반의 2차 low pass 필터, 그리고 DC offset 제거를 위한 DC 피드백 회로로 구성된다. CSF의 선형성을 개선하기 위해 스위치로 사용되는 MOSFET의 body를 source 노드로 연결한다. 설계된 CSF의 대역폭은 10MHz, 20MHz, 그리고 40MHz로 선택될 수 있으며, 전압 이득은 0dB에서 24dB까지 6dB의 단위로 조정된다. 제안된 CSF는 1.2V 40nm의 1-poly 8-metal CMOS 공정에서 설계된다. 설계된 CSF가 40MHz의 대역폭과 0dB의 gain을 가질 때, OIP3는 31.33dBm이고 in-band ripple은 1.046dB, IRN는 39.81nV/sqrt(Hz)로 시뮬레이션 검증되었다. CSF의 면적과 전력소모는 각각 $450{\times}210{\mu}m^2$와 6.71mW 이다.