본 보고서는 국책과제의 결과를 요약한 것으로 0.4 um 게이트 길이를 갖는 고출력의 RF 소자를 양산수준의 신뢰성을 확보하도록 공정기술을 개발하는데 목적이 있다. 지금까지의 과제와 다른 점은 성능 목표 뿐 아니라 신뢰성과 수율을 목표로 설정함으로써 같은 성능의 소자를 대량으로 제작하여 그 재현성과 신뢰성을 확인하고 추가적인 경제성을 확보하기 위하여 크기가 큰 고출력 소자의 수율을 일정이상이 되도록 설정함으로써 그간의 부품개발 과제가 성능목표 달성에만 국한함으로써 목표를 달성하였으나 그 부품은 국내에 존재하지 않는 문제점을 해결하여 실질적으로 소자의 생산이 국내에서 가능하도록 하는 데에 있다. 5년간의 개발 결과로게이트 너비 0.7 mm의 PCM(process control monitoring)소자에 대하여 문턱전압(Vth) -2.7V, 항복전압 200V 이상, 최대포화 전류 950 mA/mm, 최대 트랜스컨덕턴스 250 mS/mm, ft 19 GHz, fmax 41 GHz, 3.5 GHz 에서의 소신호 이득 16.5 dB, 최대출력 8 W/mm, 전력부가효율 53%의 소자특성을 확인하였다. PCM소자의 RF성능은 CW(continuous wave)모드에서 측정하였다. 고출력 소자는 총 게이트 너비 3.5 mm인 단위소자를 기반으로 제작하였다. 단위소자들은 약 >20W의 출력을 보이며 대량으로 제작한 단위소자에 대하여 가속수명시험을 포함하는 다양한 신뢰성 시험을 성공적으로 통과하였다. 단위소자 8개를 병렬로 연결하여 제작한 고출력 소자를 제작하여 S-band 400 MHz 대역에서 186.5W 이상의 출력, 13.5 dB 이상의 소신호 이득, 63.6% 이상의 드레인 효율을 측정하였다. 180W급의 고출력 소자도 대량으로 생산하여 고온동작시험과 온도변화, 고온저장 등의 환경시험을 통과하였으며 공정최적화를 통해 최종단계에서 웨이퍼당 83~92%의 수율을 확보하였다.

In this report, the results of a government supported project have been summarized. The purpose of the project was to develop a fabrication process of high power GaN RF devices with 0.4 um gate length at S-band frequency ranges. The most important fact which makes this project different from previous government funded projects on GaN HEMT device development in Korea is that this project is not only asking for the performance of the device but also for the reliability and yield of the devices which are the two crucial factors for manufacturing and mass production. Through the hard work for the last 5 years, GaN HEMT process has been developed in Wavice Inc., and it shows excellent performance and reliability. The process control monitoring devices with 0.7 mm gate periphery show -2.7 V threshold voltage, >200V breakdown voltage, 950 mA/mm maximum saturation current, 250 mS/mm maximum trans-conductance, 19 GHz ft, 41 GHz fmax, 16.5 dB small signal gain, 8W/mm maximum output power density, 53% power added efficiency. The RF performances of PCM devices were measured with continuous wave mode. The high power devices were fabricated by connecting unit cell devices with 3.5 mm gate periphery in parallel. 3.5 mm devices show >20W output power and 3.5x8=28 mm devices show >186.5W output power, >13.5dB small signal gain, >63.5% drain efficiency over 400 MHz bandwith in S-band with pulsed input signal with 15% duty cycle.. Both unit cells and 180W high power devices passed MIL-STD based reliability tests. The 180W devices shows 83~92% yield from the on wafer test.

종래 리스크 예측/식별 기법들이 과거 경험한 유사 사례가 없는 미지의 미래 체계에 리스크 요소를 예측/식별하는데는 많은 제한이 된다. 특히 실전 경험이 없는 미지의 미래 무인무기체계는 운용개념에 대해 예측하기가 매우 어려운데다가 유인에 의한 임기응변조차 제한되어 무인무기체계의 실전 배치시 그 임무 달성에 실패하거나 예기치 못한 사건/사고를 발생시킨 사례가 적지 않다. 이를 극복하기 위해 예측적 고장결정 기법을 모델기반 시스템 공학(MBSE)과 결합하여 최근 군에서 미래 무인 무기체계 개발사업의 일환으로 추진 중인 국방 무인OO차량개발사업의 리스크 해소방안에 적용한 사례를 소개하여 미래 무인무기체계 개발사업의 리스크 해소와 성공 가능성을 높이는데 기여하고자 하였다.

Conventional risk prediction/identification techniques have many limitations in predicting/identifying risk factors in an unknown future system without similar cases experienced in the past. In particular, an unknown future unmanned weapon system with no practical experience is very difficult to predict about its operational concept, and even ad hoc response by manned is limited. There are not a few cases. In order to overcome this, we introduced a case where the predictive failure determination technique was combined with model-based system engineering (MBSE) and applied to the risk reduction plan of the defense unmanned OO vehicle development project, which is currently being promoted by the military as part of the future unmanned weapon system development project It aimed to contribute to solving the risk and increasing the possibility of success in the future unmanned weapon system development project.