AESA 레이더 전력증폭소자 질문
어줍지 않게 검색 좀 해보니까 생산성인거 때문인듯 해요.
GaAs는 초크랄스키 공법으로 wafer를 만들 수 있죠. 문제는 이마져도 비싸지만요.
그리고 주 내용은 안티몬이네요. 저희 연구실 박사님이 하앍거렸던 물질이네요. 안티몬 찬양을 하셧는데 문제는 가격과 생산 그리고 증착이 문제라서요 이론상으로는 3자리수 GHz 까지 구동할 수 있다고 하긴 했는데 흠....
InAs/InGaAs/InAlAs/InP 구조의 전자소자로도 THz 동작은 가능합니다. 겨우 상온 1만cm2/Vs도 안되는 전자이동도로 700GHz이상을 동작시켰읍니다.
당연히 InSb를 사용한 전자소자는 그 이상 동작속도가 가능합니다. 상온에서 전자이동도가 거의 4만cm2/Vs이니까요.
전자소자를 위한 재료는 두개의 길로 나뉘고 있읍니다. Si보다 고온동작 가능한가와 Si(SiGe포함)저에너지 동작이 가능한가? - 물론 그사이는 Si소자 들이 꽉채우고 있지요.
GaN/AlGaN HEMT소자는 고온 동작 및 다양한 특성으로 고온 동작 소자에 각광을 받고 있고 - 레이더소자, 전기차용 모터 제어 소자, 통신 기지국용 증폭소자등등..
InSb는 저 에너지 동작으로 각광을 받고 있읍니다. 뭐.. 적외선 소자로도 장점이 많읍니다.
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증착문제는 좀 다른데요...
MBE로 만든다고 특별히 생산성이 낮지 않습니다. MBE장비가 비싼것은 여전하지만 생산성 문제는 MOCVD를 따라 잡았읍니다. 물론 8인치 이상 쓰는 장비들은 MOCVD라고 저렴하지는 않읍니다.
Al이 많이 들어간 GaN 물질이 원래 만들기 어렵습니다. 기존의 장비가 딸려서 계속 디자인을 바꾸야 하고요..
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뭐로 하든 만들기 쉽지 않읍니다.
GaN등 다양한 반도체 소재에 대해 한번 정리해 올리겠읍니다.
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설치 공간에 문제가 없고. 약간 장비가 커도 되는 곳은 Si기판을 써서 GaN 소자를 만드는데, si의 방열특성이 사파이어 기판보다는 좋지만, 다양한 특성, 격자결합구조, 2원 1원 물질간의 결합, 격자상수 진행이 GaN/사파이어와 GaN/Si이 반대라서 생기는 결함 생성 및 치유 방법의 다름 등등.. 성장중 해결해야 하는 점이 많습니다. - 다만 돈을 들여 연구자들이 대충 해결방법을 찾아 놓았고요. 이로 제작된 소자도 상용화도 되고 있읍니다.
군용기나 공간이 중요한GaN 소자 장비에는 SiC기판이 정답이지만, 기판의 품질등 여전히 많은 문제를 일으키고 있고 근성의 일본 업체가 대략적으로 문제를 해결하고 상업판매 하고 있읍니다.
SiC 기판도 중간다리이고, 진리는 다이아몬드 기판이지만, 모두들 처다만 보고 있고, 미국에서 일단의 성취를 취한것으로 보입니다.
시도를 해보자 않냐고요? 돈, 더많은 돈, 더더 많은 돈이 들기 때문입니다.
일본 업체도 mocvd로 만듦니다. 물론 GaN/AlGaN 물질이 워낙 만들기 어려운 물질이라 생산성은 mbe만큼 낮읍니다.
MBE로 만든 소재가 mocvd로 만든것 보다 좋읍니다만, mocvd도 요구한 성능을 낼만큼은 잘 나옵니다.
주파수 bandwidth만 보면 GaAs가 더 좋지만 bandgap 에너지가 GaN이 GaAs보다 아주 월등해서 고 전력인가시 소자가 GaAs보다 훨씬 잘 버팁니다.
고집적화 -> 발열량 증가 -> 냉각설계 난이도 상승
GaN -> 고온 안정성 높음 -> 냉각설계 난이도 낮음 -> 고집적화 용이
그리고 밴드갭이 넓다는 장점도 있었네요.
High power RF 소자 및 High power switching 소자 계열에서는 일단 지금 단계에서는 GaN이 무안 단물 같은 존재죠.
인피니언이 이걸로 하이브리드 차량용 모터 드라이버 및 인버터를 만들어서 쏠쏠하게 벌고 있죠.
어느 레이더인지는 기억이 안나는데 GaAs AESA에서 GaN으로 갈아 타면서 장점이 훨신 고출력을 내지만 냉각계통은 교체가 필요 없다라고 밀고 있었거든요.
bandgap이 높다는 것은 -> 고 내압을 잘 버틴다로 해석하는게 조금더 옳읍니다.
열전자 이야기는 band-offset. 문제..