차세대 레이더용 C-/X-/Ku-대역 GaN 집적회로 기술 동향
Technological Trends of C-/X-/Ku-band GaN Monolithic Microwave Integrated Circuit for Next-Generation Radar Applications
안호균 (H.K. Ahn, hkahn@etri.re.kr) 국방RF부품연구실 책임연구원/실장
이상흥 (S.H. Lee, shl@etri.re.kr) 국방RF부품연구실 책임연구원
김성일 (S.I. Kim, sikim@etri.re.kr) 국방RF패키징연구실 책임연구원/실장
노윤섭 (Y.S. Noh, nohys@etri.re.kr) 국방RF부품연구실 책임연구원
장성재 (S.J. Chang, sjchang@etri.re.kr) 국방RF부품연구실 선임연구원
정현욱 (H.U. Jung, hujung@etri.re.kr) 국방RF부품연구실 선임연구원
임종원 (J.W. Lim, jwlim@etri.re.kr) DMC융합연구단 책임연구원/단장
ABSTRACT
GaN (Gallium-Nitride) is a promising candidate material in various radio frequency applications due to its inherent properties including wide bandgap, high carrier concentration, and high electron mobility/saturation velocity. Notably, AlGaN/GaN heterostructure field effect transistor exhibits high operating voltage and high power-density/power at high frequency. In next-generation radar systems, GaN power transistors and monolithic microwave integrated circuits (MMICs) are significant components of transmitting and receiving modules. In this paper, we introduce technological trends for C-/X-/Ku-band GaN MMICs including power amplifiers, low noise amplifiers and switch MMICs, focusing on the status of GaN MMIC fabrication technology and GaN foundry service. Additionally, we review the research for the localization of C-/X-/Ku-band GaN MMICs using in-house GaN transistor and MMIC fabrication technology. We also discuss the results of C-/X-/Ku-band GaN MMICs developed at Defense Materials and Components Convergence Research Department in ETRI.
KEYWORDS GaN MMIC, GaN transistor, low noise amplifier, power amplifier, switch MMIC
현재 ICT(Information and Communications Technology) 와 자동차, 에너지, 의료, 환경 등 타 산업의 융합으로 많은 산업분야에서
스마트화가 진행되면서 시스 템반도체가 이를 견인하듯, 무기체계의 첨단화 및 고도화 또한 반도체가 중추적 역할을 한다.
특히, 무기체계 레이더와 같이 고출력 및 고주파를 요구 하는 송수신 시스템은 화합물반도체를 많이 필요로 한다.
무기체계 레이더의 반도체 송신기에는 초기부 터 화합물반도체인 갈륨비소(GaAs) 반도체가 사용 되어 왔으나, 현재는 넓은 에너지
밴드갭, 고 캐리 어 밀도, 높은 전자 이동도 등의 재료 특성으로 인하 여 고전압, 고 전류밀도, 고주파 동작이 가능한 질화 갈륨(GaN)
반도체가 갈륨비소 반도체의 역할을 대 체하고 있다[1？7]. 질화갈륨 반도체는 주로 AlGaN/ GaN 등의 이종접합 에피 구조를 적용한
반도체 소 자(HFET) 형태로 제작되며, 이 반도체 소자는 무기 체계 레이더뿐만 아니라 고주파 및 고출력을 필요 로 하는 항공, 이동통신
무선인프라, 위성통신 등의 민수영역으로 수요가 확대되고 있다[8,9]. 앞서 언 급한 이들 민수 및 군수 분야의 주요 화합물반도체의
주파수 영역은 L-대역, S-대역, C-대역, X-대역, Ku-대역 및 Ka-대역이며[10], 이들 반도체를 이용 한 부품들이 국방 무기체계에
사용되는 경우 수출 규제로 인하여 수급이 어려울 뿐만 아니라 구입비 용 또한 고가이다.
한편, 참고문헌[11]에 따르면, GaN RF(Radio Frequency) 소자(디바이스) 전체시장은 2019년 7.74 억 달러, 2022년 13.7억 달러,
2024년 20.01억 달 러를 예측하고 있으며, GaN RF 소자 전체시장 중 2024년 기준 무선인프라 38%, 군수 49% 점유를 예 상할 만큼
민수 및 군수 분야 모두 성장세이다[11]. 본고에서는 C-대역, X-대역 및 Ku-대역 중심의
GaN 집적회로 기술 동향을 다룬다. 상용 GaN 집적 회로 및 파운드리(Foundry) 기술 중심의 글로벌 기 술 동향을 다루되,
최근 국내 연구진과 국내 반도체 제조시설을 기반으로 한국전자통신연구원(ETRI) DMC융합연구단에서 개발한
GaN 집적회로 기술 을 소개한다.
