$0.1{\mu}m$ Metamorphic HEMT를 이용한 고이득 D-Band MMIC 2단 구동증폭기 개발

이복형,이진구,Lee, Bok-Hyung,Rhee, Jin-Koo 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.45 No.12

본 논문에서는 $0.1{\mu}m$ InGaAs/InAlAs/GaAs metamorphic HEMT기술을 기반으로 하여 D-Band(110 - 140 GHz) 대역에서 동작하는 MMIC 2단 구동 증폭기를 제작하였다. 제작된 구동 증폭기는 밀리미터파 대역인 110 GHz에서 10 dB 이상의 우수한 $S_{21}$ 이득 특성을 보였으며, 이때 반사 특성 또한 $S_{11}$ -3.5 dB와 $S_{22}$ -6.5 dB로 양호한 특성을 얻었다. 이러한 높은 성능의 MMIC 구동증폭기의 특성은 주로 MHEMT 성능에 기인한다. 본 논문에서 적용한 $0.1{\mu}m$ MHEMT는 760 mS/mm의 전달컨덕턴스 특성과 195 GHz의 차단주파수 391 GHz의 최대공진 주파수 특성을 갖는다. We report a high gain D-band(110 - 140 GHz) MMIC drive amplifier based on $0.1{\mu}m$ InGaAs/InAlAs/GaAs metamorphic HEMT technology. The amplifier shows an excellent $S_{21}$ gain characteristic greater than 10 dB in a millimeterwave frequency of 110 GHz, Also the amplifier has good reflection characteristics of a $S_{11}$ of -3.5 dB and a $S_{22}$ of -6.5 dB at 110 GHz, respectively The high performances of the MMIC drive amplifier is mainly attributed to the characteristics of the MHEMTs exhibiting a maximum transconductance of 760 mS/mm, a current gain cut-off frequency of 195 GHz and a maximum oscillation frequency of 391 GHz.

0.25 ㎛ GaN HEMT 기술을 이용한 우수한 성능의 X-대역 전력 증폭기

이복형,박병준,최선열,임병옥,고주석,김성찬,Lee, Bok-Hyung,Park, Byung-Jun,Choi, Sun-Youl,Lim, Byeong-Ok,Go, Joo-Seoc,Kim, Sung-Chan 한국전기전자학회 2019 전기전자학회논문지 Vol.23 No.2

본 논문에서는 게이트 길이가 $0.25{\mu}m$인 GaN HEMT 기술을 사용하여 개발된 X-대역 전력 증폭기의 특성을 기술한다. 개발된 X-대역 전력 증폭기는 9~10 GHz의 대역에서 22.7 dB 이상의 소신호 이득과 43.02 dBm(20.04 W) 이상의 포화 출력 전력을 가진다. 최대 포화 출력 전력은 9.5 GHz에서 43.84 dBm (24.21 W)이였다. 전력 부가 효율은 41.0~51.24%의 특성을 얻었으며 칩의 크기는 $3.7mm{\times}2.3mm$이다. 출력 전력 밀도는 $2.84W/mm^2$를 나타내었다. 개발된 GaN 전력 증폭기는 다양한 X-대역 레이더 응용에 적용 가능할 것으로 예상된다. This work describes the design and characterization of a X-band power amplifier (PA) monolithic microwave integrated circuit (MMIC) using a $0.25{\mu}m$ gate length gallium nitride (GaN) high electron mobility transistor (HEMT) technology. The developed X-band power amplifier MMIC has small signal gain of over 22.7 dB and saturated output power of 43.02 dBm (20.04 W) over the entire band of 9 to 10 GHz. Maximum saturated output power is a 43.84 dBm (24.21 W) at 9.5 GHz. Its power added efficiency (PAE) is 41.0~51.24% and the chip dimensions are $3.7mm{\times}2.3mm$, generating the output power density of $2.84W/mm^2$. The developed GaN power amplifier MMIC is expected to be applied in a variety of X-band radar applications.

외부 신호 파형분석 및 제거로 부분방전 진단 신뢰도 향상 방안 연구

이복형(Lee Bok-hyung),박찬욱(Park Chan-Uk),하규헌(Ha Kyu Heon),정재훈(Jung Jae-Hun) 대한전기학회 2013 대한전기학회 학술대회 논문집 Vol.2013 No.10

0.1 ㎛ Metamorphic HEMT를 이용한 고이득 D-Band MMIC 2단 구동증폭기 개발

이복형(Bok-Hyung Lee),이진구(Jin-Koo Rhee) 대한전자공학회 2008 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.45 No.12

본 논문에서는 0.1 ㎛ InGaAs/InAlAs/GaAs metamorphic HEMT기술을 기반으로 하여 D-Band(110 - 140 ㎓) 대역에서 동작하는 MMIC 2단 구동 증폭기를 제작하였다. 제작된 구동 증폭기는 밀리미터파 대역인 110 ㎓에서 10 ㏈ 이상의 우수한 S21 이득 특성을 보였으며, 이때 반사 특성 또한 S11 -3.5 ㏈와 S22 -6.5 ㏈로 양호한 특성을 얻었다. 이러한 높은 성능의 MMIC 구동증폭기의 특성은 주로 MHEMT성능에 기인한다. 본 논문에서 적용한 0.1 ㎛ MHEMT는 760 mS/㎜의 전달컨덕턴스 특성과 195 ㎓의 차단주파수 391 ㎓의 최대공진 주파수 특성을 갖는다. We report a high gain D-band(110 - 140 ㎓) MMIC drive amplifier based on 0.1 ㎛ InGaAs/InAlAs/GaAs metamorphic HEMT technology. The amplifier shows an excellent S21 gain characteristic greater than 10 ㏈ in a millimeterwave frequency of 110 ㎓, Also the amplifier has good reflection characteristics of a S11 of -3.5 ㏈ and a S22 of -6.5 ㏈ at 110 ㎓, respectively. The high performances of the MMIC drive amplifier is mainly attributed to the characteristics of the MHEMTs exhibiting a maximum transconductance of 760 mS/㎜, a current gain cut-off frequency of 195 ㎓ and a maximum oscillation frequency of 391 ㎓.

높은 LO-RF 격리 특성의 W-band MIMIC Single-balanced 믹서

안단,이복형,임병옥,이문교,이상진,진진만,고두현,김성찬,신동훈,박형무,박현창,김삼동,이진구,An Dan,Lee Bok-Hyung,Lim Byeong-Ok,Lee Mun-Kyo,Lee Sang-Jin,Jin Jin-Min,Go Du-Hyun,Kim Sung-Chan,Shin Dong-Hoon,Park Hyung-Moo,Park Hyim-Chang,Kim Sa 대한전자공학회 2005 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.42 No.6

본 논문에서는 branch line coupler과 $\lambda$/4 전송라인을 이용하여 W-band MIMIC(Millimeter-wave Monolithic Integrated Circuit) single-balanced 믹서를 설계 및 제작하였다. Single-balanced 믹서의 설계를 위해 branch line coupler와 $\lambda$/4 전송라인 이용한 94 GHz 발룬 회로를 설계하였으며, 시뮬레이션 결과 94 GHz에서 반사계수는 -27.9 dB를 얻었으며, coupling은 4.26 dB, thru 특성은 -3.77 dB의 결과를 얻었다. 격리도와 위상차는 94 GHz에서 각각 23.5 dB 및 $180.2^{\circ}$의 결과를 얻었다. MIMIC single-balanced 믹서는 0.1 $\mu$m InGaAs/InAlAs/GaAs Metamorphic HEMT (High Electron Mobility Transistor) 다이 오드를 이용하여 설계 및 제작되었다. 제작된 MHEMT는 fT는 189 GHz, fmax는 334 GHz의 양호한 성능을 나타내었다. 설계된 믹서는 본 연구에서 개발된 MHEMT MIMIC 공정을 이용해 제작되었다. 94 GHz MIMIC single-balanced 믹서의 측정결과 변환손실 특성은 94 GHz에서 23.1 dB의 특성을 나타내었으며, 입력 Pl dB는 10 dBm, 출력 Pl dB는 -13.9 dBm의 결과를 얻었다. Single-balanced 믹서의 LO-RF 격리도는 94.19 GHz에서 45.5 dB의 높은 LO-RF 격리도 특성을 나타내었다. 본 논문에서 설계 및 제작된 W-band MIMIC Single-balanced 믹서는 기존의 밀리미터파 대역 믹서와 비교하여 높은 LO-RF 격리도 특성을 나타내었다. In this paper, high LO-RF isolation W-band MIMIC single-balanced mixer was designed and fabricated using a branch line coupler and a $\lambda$/4 transmission line. The simulation results of the designed 94 GHz balun show return loss of -27.9 dB, coupling of -4.26 dB, and thru of -3.77 dB at 94 GHz, respectively. The isolation and phase difference were 23.5 dB and $180.2^{\circ}$ at 94 GHz. The W-band MIMIC single-balanced mixer was designed using the 0.1 $\mu$m InGaAs/InAlAs/GaAs Metamorphic HEMT diode. The fabricated MHEMT was obtained the cut-off frequency(fT) of 189 GHz and the maximum oscillation frequency(fmax) of 334 GHz. The designed MIMIC single-balanced mixer was fabricated using 0.1 $\mu$m MHEMT MIMIC Process. From the measurement, the conversion loss of the single-balanced mixer was 23.1 dB at an LO power of 10 dBm. Pl dB(1 dB compression point) of input and output were 10 dBm and -13.9 dBm respectively. The LO-RF isolations of single-balanced mixer was obtained 45.5 dB at 94.19 GHz. We obtained in this study a higher LO-RF isolation compared to some other balanced mixers in millimeter-wave frequencies.

낮은 변환손실 특성의 94 GHz MHEMT MIMIC Resistive 믹서

안단,이복형,임병옥,이문교,오정훈,백용현,김성찬,박정동,신동훈,박형무,박현창,김삼동,이진구,An Dan,Lee Bok-Hyung,Lim Byeong-Ok,Lee Mun-Kyo,Oh Jung-Hun,Baek Yong-Hyun,Kim Sung-Chan,Park Jung-Dong,Shin Dong-Hoon,Park Hyung-Moo,Park Hyun-Chang 대한전자공학회 2005 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.42 No.5

본 논문에서는 낮은 변환손실 특성의 94 GHz MIMIC(Millimeter-wave Monolithic Integrated Circuit) resistive 믹서를 설계 및 제작하였다. MIMIC resistive 믹서는 $0.1{\mu}m$ InGaAs/InAlAs/GaAs Metamorphic HEMT (High Electron Mobility Transistor)를 이용하여 설계 및 제작되었다. 제작된 MHEMT는 드레인 전류 밀도 665 mA/mm, 최대 전달컨덕턴스(Gm)는 691 mS/mm를 얻었으며, RF 특성으로 fT는 189 GHz, fmax는 334 GHz의 양호한 성능을 나타내었다. 94 GHz MIMIC 믹서의 개발을 위해 MHEMT의 비선형 모델과 CPW 라이브러리를 구축하였으며, 이를 이용하여 MIMIC 믹서를 설계하였다. 설계된 믹서는 본 연구에서 개발된 MHEMT MIMIC 공정을 이용해 제작되었다. 94 GHz MIMIC resistive 믹서의 측정결과 변환손실 특성은 94 GHz에서 8.2 dB의 양호한 특성을 나타내었으며, 입력 P1 dB는 9 dBm, 출력 P1 dB는 0 dBm의 결과를 얻었다. Resistive 믹서의 LO-IF 격리도는 94.03 GHz에서 15.6 dB의 측정 결과를 얻었다. 본 논문에서 설계 및 제작된 94 GHz MIMIC resistive 믹서는 기존의 W-band 대역 resistive 믹서와 비교하여 낮은 변환손실 특성을 나타내었다. In this paper, low conversion loss 94 GHz MIMIC resistive mixer was designed and fabricated. The $0.1{\mu}m$ InGaAs/InAlAs/GaAs Metamorphic HEMT, which is applicable to MIMIC's, was fabricated. The DC characteristics of MHEMT are 665 mA/mm of drain current density, 691 mS/mm of maximum transconductance. The current gain cut-off frequency(fT) is 189 GHz and the maximum oscillation frequency(fmax) is 334 GHz. A 94 GHz resistive mixer was fabricated using $0.1{\mu}m$ MHEMT MIMIC process. From the measurement, the conversion loss of the 94 GHz resistive mixer was 8.2 dB at an LO power of 10 dBm. P1 dB(1 dB compression point) of input and output were 9 dBm and 0 dBm, respectively. LO-RF isolations of resistive mixer was obtained 15.6 dB at 94.03 GHz. We obtained in this study a lower conversion loss compared to some other resistive mixers in W-band frequencies.

고이득 및 광대역 특성의 밀리미터파 MHEMT Cascode 증폭기

안단,이복형,임병옥,이문교,백용현,채연식,박형무,이진구,An, Dan,Lee, Bok-Hyung,Lim, Byeong-Ok,Lee, Mun-Kyo,Baek, Yong-Hyun,Chae, Yeon-Sik,Park, Hyung-Moo,Rhee, Jin-Koo 대한전자공학회 2004 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.41 No.8

In this paper, millimeter-wave high gain and broadband MHEMT cascode amplifiers were designed and fabricated. The 0.1 ${\mu}{\textrm}{m}$ InGaAs/InAlAs/GaAs Metamorphic HEMT was fabricated for cascode amplifiers. The DC characteristics of MHEMT are 640 mA/mm of drain current density, 653 mS/mm of maximum transconductance. The current gain cut-off frequency(f$_{T}$) is 173 GHz and the maximum oscillation frequency(f$_{max}$) is 271 GHz. By using the CPW transmission line, the cascode amplifier was designed the matched circuit for getting the broadband characteristics. The designed amplifier was fabricated by the MHEMT MIMIC process that was developed through this research. As the results of measurement, the 1 stage amplifier obtained 3 dB bandwidth of 37 GHz between 31.3 to 68.3 GHz. Also, this amplifier represents the S21 gain with the average 9.7 dB gain in bandwidth and the maximum gain of 11.3 dB at 40 GHz. The 2 stage amplifier has the broadband characteristics with 3 dB bandwidth of 29.5 GHz in the frequency range from 32.5 to 62.0 GHz. The 2 stage cascode amplifier represents the high gain characteristics with the average gain of 20.4 dB in bandwidth and the maximum gain of 22.3 dB at 36.5 GHz.z.z. 본 논문에서는 밀리미터파 대역에서 고이득과 광대역 특성을 갖는 MHEMT(Metamorphic High Electron Mobility Transistor) cascode 증폭기를 설계 및 제작하였다. Cascode 증폭기 제작을 위해 0.1 ㎛ InGaAs/InAlAs/GaAs MHEMT를 설계ㆍ제작하였다. 제작된 MHEMT는 드레인 전류 밀도 640 mA/mm, 최대 전달컨덕턴스(gm)는 653 mS/mm를 얻었으며, 주파수 특성으로 f/sub T/는 173 GHz, f/sub max/는 271 GHz의 우수한 특성을 나타내었다. Cascode 증폭기는 CPW 전송선로를 이용하여 광대역 특성을 얻을 수 있도록 정합회로를 설계하였으며, 1단과 2단 증폭기의 2가지 종류로 회로를 설계하였다. 설계된 증폭기는 본 연구에서 개발된 MHEMT MIMIC 공정을 이용해 제작되었다. 제작된 cascode 증폭기의 측정결과, 1단 증폭기는 3 dB 대역폭이 31.3∼68.3 GHz로 37 GHz의 넓은 대역 특성을 얻었으며, 대역내에서 평균 9.7 dB 및 40 GHz에서 최대 11.3 dB의 S21 이득 특성을 나타내었다. Cascode 2단 증폭기는, 3 dB 대역폭이 32.5∼62.0 GHz로 29.5 GHz의 대역폭과 대역내에서 평균 20.4 dB 및 36.5 GHz에서 최대 22.3 dB의 높은 이득 특성을 얻었다.

MHEMT를 이용한 DC ∼ 45 GHz CPW 광대역 분산 증폭기 설계 및 제작

진진만,이복형,임병옥,안단,이문교,이상진,고두현,백용현,오정훈,채연식,박형무,김삼동,이진구,Jin Jin-Man,Lee Bok-Hyung,Lim Byeong-Ok,An Dan,Lee Mun-Kyo,Lee Sang-Jin,Ko Du-Hyun,Beak Yong Hyun,Oh Jung-Hun,Chae Yeon-Sik,Park Hyung-Moo,Kim Sam-Do 대한전자공학회 2004 電子工學會論文誌-SD (Semiconductor and devices) Vol.41 No.12

In this paper, CPW wideband distributed amplifier was designed and fabricated using 0.1 $\mum$ InGaAs/InAlAs/GaAs Metamorphic HEMT(High Electron Mobility Transistor). The DC characteristics of MHEMT are 442 mA/mm of drain current density, 409 mS/mm of maximum transconductance. The current gain cut-off frequency(fT) is 140 GHz and the maximum oscillation frequency(fmax) is 447 GHz. The distributed amplifier was designed using 0.1 $\mum$ MHEMT and CPW technology. We designed the structure of CPW curve, tee and cross to analyze the discontinuity characteristics of the CPW line. The MIMIC circuit patterns were optimized electromagnetic field through momentum. The designed distributed amplifier was fabricated using our MIMIC standard process. The measured results show S21 gain of above 6 dB from DC to 45 GHz. Input reflection coefficient S11 of -10 dB, and output reflection coefficient S22 of -7 dB at 45 GHz, respectively. The chip size of the fabricated CPW distributed amplifier is 2.0 mm$\times$l.2 mm. 본 논문에서는 0.1 $\mum$ InGaAs/InAlAs/GaAs Metamorphic HEMT (High Electron Mobility Transistor)를 이용하여 DC~45 GHz 대역의 광대역 MIMIC(Millimeter-wave Monolithic Integrated Circuit) 분산 증폭기를 설계 및 제작하였다. MIMIC 증폭기의 제작을 위해 Metamorphic HEMT(MHEMT)를 설계 및 제작하였으며, 제작된 MHEMT는 드레인 전류 밀도 442 mA/mm, 최대 전달컨덕턴스(Gm)는 409 mS/mm를 얻었다. RF 특성으로 fT는 140 GHz fmax는 447 GHz의 양호한 성능을 나타내었다. 광대역 MIMIC 분산 증폭기의 설계를 위해 MHEMT의 소신호 모델과 CPW 라이브러리를 구축하였으며, 이를 이용하여 MIMIC 분산 증폭기를 설계하였다. 설계된 분산 증폭기는 본 연구에서 개발된 MHEMT MIMIC 공정을 이용하여 제작하였으며, MIMIC 분산 증폭기의 측정결과, DC ~ 45 GHz대역에서 6 dB 이상의 S21 이득을 얻었으며, 입력반사 계수는 45 GHz에서 -10 dB, 출력반사계수는 -7 dB의 특성을 나타내었다. 제작된 분산 증폭기의 칩 크기는 2.0 mm$\times$l.2 mm다.

고효율 및 저전압 동작 특성의 Q-band MIMIC HEMT발진기

이문교,안단,이복형,김성찬,임병옥,한효종,채연식,신동훈,김용호,박형무,이진구,Lee, Mun-Kyo,An, Dan,Lee, Bok-Hyung,Kim, Sung-Chan,Lim, Byeong-Ok,Han, Hyo-Jong,Chae, Yeon-Sik,Shin, Dong-Hoon,Kim, Yong-Hoh,Park, Hyung-Moo,Rhee, Jin-Koo 대한전자공학회 2004 電子工學會論文誌-TC (Telecommunications) Vol.41 No.4

In this paper, we present the low voltage and high efficiency Q-band MIMIC oscillator using device-level power combined structure. The oscillator was successfully integrated by using 0.1 ${\mu}{\textrm}{m}$ GaAs PHEMTS and the CPW transmission line. We show that the highest efficiency is 19 % with an output power of 2.6 ㏈m at a frequency of 34.56 ㎓. The operating voltage of the oscillator is 2.2 V which is lower voltage than that of previously reported oscillators at Q-band. And the maximum output power of 6.7 ㏈m was obtained at a frequency of 34.56 ㎓. 본 논문에서는 소자 결합 구조를 통해 발진전력이 합쳐지는 회로를 이용한 저전압, 고효율 Q-band MIMIC 발진기를 제안한다. 0.1 ㎛ GaAs PHEMTS와 CPW 전송라인을 사용하여 제안된 구조의 발진기를 성공적으로 집적화하였다. 제작된 발진기는 34.56 ㎓ 주파수에서 2.6 ㏈m의 출력 전력일때 19 %의 높은 효율특성을 가졌다. 이때 회로에 인가된 전압은 2.2 V로 현재까지 Q-band에서 발표된 발진기보다 낮은 구동전압 특성을 얻었다. 또한 최대 출력 전력은 34.56 ㎓ 주파수에서 6.7 ㏈m을 얻었다.

10W급 MEMS 스위치를 이용한 송수신모듈 소형화 개발

이희민,전병철,이복형,Yi, Hui-min,Jun, Byoung-chul,Lee, Bok-hyung 한국정보통신학회 2016 한국정보통신학회논문지 Vol.20 No.12

항공기용 능동위상배열레이다와 같이 한정된 플랫폼에 장착되는 레이다에 사용하는 부품은 소형/경량화 특성이 매우 중요하다. 또한 최근의 능동위상배열레이다는 목표물의 탐지/추적이 가능한 다목적 레이다로 사용하기 위해 수천 개의 송수신모듈이 안테나의 배열형태로 개발되며, 여기에 적용하기 위한 송수신모듈 크기와 무게는 전체 레이다를 설계하는데 중요한 요소이다. 본 논문에서는 국산화 개발된 10W급 RF MEMS 스위치를 이용하여 소형 송수신 모듈을 개발하였고, 기존에 순환기(Circulator)를 사용한 것보다 회로 면적을 약 86.5% 수준으로 줄였다. 개발된 송수신모듈은 주요 전기적 요구 성능을 만족했을 뿐만 아니라, MIL-STD의 환경시험을 통과하여 군수 부품으로 적합함을 확인하였다. 송수신모듈에 적용된 MEMS 스위치는 적응형 수신기 (Adaptive Tunable Receiver), 재구성 가능한 스마트 능동위상배열안테나(Reconfigurable smart active antenna), 광대역 빔조향 안테나 등에도 적용할 수 있다. Small size and light weight is very important for components used in radar mounted platform such as airborne radar. Recently, the active phased array radar is developed as an array of antennas for thousands of transmit/receive modules to be used as a multi-function radar that can detect and track targets. In this case, the size and weight of the transmit/receive modules are critical factor for developing the radar. In this paper, we developed a compact transmit/receive module using the 10W RF MEMS switch domestically localizing and reduced the circuit area to about 86.5% compared to using a circulator. The developed module satisfies not only electrical requirements but also MIL-STD's environmental specifications. So it can be used in a military device. It can be used at adaptive tunable receivers, reconfigurable smart active antennas and wide band beam electrical steering antennas.