KR100267970B1 - 밀리미터파용 에프이티(fet) - Google Patents

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Abstract

밀리미터파 대역에서도 충분한 접지효과를 갖도록 한 밀리미터파용 FET에 관한 것으로, 기판상의 활성층에 정의된 소오스 및 드레인 영역위에 형성된 소오스 및 드레인 전극과, 상기 영역들 사이의 활성층위에 형성된 게이트전극과, 각 전극을 전기적으로 접속하기 위해 형성된 금속패드중 접지하고자하는 소오스 금속패드에 형성된 비아홀과, 상기 비아홀의 기생 인덕턴스를 감쇠시키기 위해 소오스 금속패드에 접속되게 형성된 인덕턴스 감쇠수단을 구비하므로써 접지효과를 개선하여 이득감쇠 문제를 해소시킬 수 있다.

Description

밀리미터파용 에프이티(FET)
본 발명은 밀리미터 영역에서 사용되는 FET, 특히 차량용 전장레이다에 사용되는 FET의 소오스접지효과를 크게한 FET에 관한 것이다.
최근 통신기술의 발달과 통신수요자의 급속한 증가로 인해 통신서비스 공급자는 더욱더 넓은 통신대역폭이 필요하게 되었고, 이러한 큰 대역폭의 요구는 통신주파수를 현재보다 훨씬 높은 주파수를 선택하게끔 하였다.
차세대 통신대역으로서 뿐만아니라 자동차용 전장레이다 대역으로서, 밀리미터파 대역(30~300GHz)은 큰 관심을 끌고 있으며, 현재 개발되고 있는 모든 소자는 이대역에서 사용할 수 있도록 제작되어 실제로 많이 사용되고 있다.
밀리미터파 대역에서 널리 사용되고 있는 FET는 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, GaAs(10)기판상에 형성된 버퍼층(11)을 사이에 두고 형성된 활성층(12)과, 상기 활성층(12)에 정의된 소오스 및 드레인 영역위에 형성된 소오스 전극(13) 및 드레인 전극(14)과, 상기 소오스 및 드레인영역 사이의 활성층(12)위에 형성된 게이트 전극(15)과, 상기 소오스 전극(13), 드레인 전극(14) 및 게이트 전극(15)을 전기적으로 접속하는 금속층으로 형성된 소오스 패드(16), 드레인 패드(17) 및 게이트 패드(18)와, 상기 접지를 위해 상기 소오스 패드(16)에 형성된 비아홀(19)로 구성되어 있다.
상기 비아홀(19)은 이득의 감소를 가져오는 인덕턴스를 줄이기 위한 것으로, 3㎛두께로 금(Au)을 도금되었을 때 대략 40~50pH정도로 작은 인덕턴스를 가지며 10㎛두께의 금(Au)으로 도금되었을 때는 약 26pH정도의 값을 가진다.
도금 두께가 두꺼울수록 인덕턴스 값을 줄일 수 있지만 실제로 두꺼운 도금공정 자체가 쉽지않고 두껍게 도금한다고 하여 계속 인덕턴스값이 줄어드는 것도 아니다.
보통의 초고주파(30GHz이하)대역에서는 이 정도의 인덕턴스면 충분한 RF접지효과를 낼수 있으나 밀리미터파(30GHz~300GHz)대역에서는 이 정도의 인덕턴스로는 더 이상 접지효과를 낼 수 없다.
즉, 상기 비아홀에 의한 인덕턴스는 jXL = jωL(여기서 L은 비어홀의 인덕턴스 값이다)이다.
종래기술은 차량용 전장레이다에 사용되는 주파수인 77GHz인 경우 10㎛두께로 조절을 한다하여도 12.6Ω이나 되는 리액턴스성분을 가지게되어 더 이상 접지효과를 내기 힘들며 이로 인하여 FET에 직렬 피드백(Series Feedback)을 가하게 되어급속한 이득감소를 야기시키며, FET가 커질수록 상대적으로 소오스 인덕턴스의 영향을 크게 받게되어 큰 FET를 사용하는 밀리미터파 전력증폭기의 경우는 이득감소가 더욱 심각하게 되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 이와 같은 종래기술의 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 밀리미터파 대역에서도 충분한 접지효과를 갖도록 한 밀리미터파용 FET를 제공하기 위한 것이다.
제1a도 및 제1b도는 종래의 밀리미터파용 FET의 정면 및 비아홀이 형성된 부분의 단면을 각각 나타낸 도면.
제2도 ~ 제4도는 본 발명의 실시예에 있어서 정면을 개략적으로 도시한 도면.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
10 : 기판 11 : 버퍼층
12 : 활성층 13, 20 : 소오스전극
14, 21 : 드레인 전극 15, 22 : 게이트 전극
16, 23 : 소오스 금속패드 17, 24 : 드레인 금속패드
18, 25 : 게이트 금속패드 19, 26, 31 : 비아홀
27 : 개방 스터브 28 : 래디얼 스터브
29 : 커패시터 30 : 접속패드
본 발명의 밀리미터파용 FET는 기판상의 활성층에 정의된 소오스 및 드레인영역위에 형성된 소오스 및 드레인 전극, 그리고 상기 영역사이의 활성층위에 형성된 게이트전극과, 상기 각전극을 각각 전기적으로 접속하기위해 형성된 금속패드중접지하고자하는 소오스 금속패드에 형성된 비아홀과, 상기 비아홀의 기생 인덕턴스를 감쇠시키기 위해 상기 소오스 금속패드에 접속되게 형성된 인덕턴스 감쇠수단을 구비함을 특징으로 한다.
이하, 첨부도면에 근거하여 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 2는 본 발명의 제 1실시예를 나타낸 밀리미터파용 FET의 전면을 개략적으로 도시한 것이다.
제 1실시예는 기판상의 활성층에 정의된 소오스 및 드레인영역위에 형성된 소오스 전극(20) 및 드레인 전극(21)과 상기 영역사이의 활성층위에 형성된 게이트 전극(22)과, 상기 각 전극(20, 21, 22)을 전기적으로 각각 접속하는 금속패드(23,24, 25)와, 상기 금속패드중 접지하고자하는 소오스 금속패드(23)에 형성된 비아홀(26)과, 상기 소오스 금속패드(23)에 접속되게 형성된 사용 주파수의 1/4파장 길이를 가지는 개방형 스터브(Open stub)(27)로 구성되어 있다.
이와 같이 구성된 본 발명의 동작에 대하여 설명한다.
일반적으로 마이크로 스트립 전송선로의 임피던스는 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
여기서 Z0는 전송선로의 특성 임피던스이고 ZL은 전송선로에 종단된 부하 임피던스이며, β는 위상상수이고 l은 스터브의 길이이다.
개방스터브의 경우 ZL= ∞이므로 Zin= -jZ0/tanβi이 된다.
여기서 길이 l이 1/4파장이면 tanβl= ∞가 되어 입력 임피던스 는 0이되어 단락(Short)된다.
따라서 FET는 DC상태에서는 비아홀로 전류통로가 형성되고 AC에서는 스터브(27)를 통해 RF통로가 형성된다.
또한 이러한 방식에서는 스터브(27)의 길이가 1/4파장보다 짧거나 긴 경우에도 충분한 접지효과를 낼 수 있다.
스터브(27)의 길이가 1/4 파장보다 짧은 경우 스터브(27)는 충분히 작은 리액턴스를 가지는 커패시터로 동작하고 1/4파장보다 긴 경우 충분히 작은 리액턴스를 가지는 인덕터로 동작하여 접지효과를 낼 수 있다
그러나 최대의 효과를 내기 위해서는 스터브(27)의 앤드효과(End Effect)를 고려한 길이가 1/4파장이 되도록 하여야 한다.
도 3은 본 발명의 제 2실시예를 나타내 것이다.
제 2실시예에서는 래디얼 스터브(Radial stub)(28)을 사용하고 있는데 반하여 제 1실시예에서는 개방 스터브(27)를 사용하고 있는점만이 상이하고 그 이외는 제 1실시예와 동일하므로 동일구성부분에 대해서는 동일부호를 인용하여 이들에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
제 2실시예 역시 래디얼 스터브(28)의 길이가 사용주파수 영역의 1/4파장 길이를 갖도록 설계되는 것이 바람직하다.
1/4파장이 요구되는 스터브 때문에 사이즈가 커지는 문제점을 생각할 수 있다.
그러나, 77GHz에서 GaAs를 기준으로 할 때 1/4파장은 300㎛이내이기 때문에 사이즈는 별반 문제가 되지 않으며, 스터브를 제작할 때 라인벤딩(Line bending)을 이용한다면 스터브가 차지하는 면적이 훨씬 줄어들게 된다.
도 4는 본 발명의 제 3실시예를 나타낸 것이다.
제 3실시예 에서는 소오스 패드(23)에 일단이 연결되는 커패시터(29)를 형성하고 이 커패시터(29)의 타단을 소오스 패드(23)에 형성된 비아홀(26)에 병렬로 연결되는 또 하나의 비아홀(31)에 연결하도록 구성한 것이며, 미설명부호 30은 접속패드를 나타낸 것이다.
상기 커패시터(29)는 본 실시예의 경우 커패시터 용량을 크게하기 위해 교차지(Interdigital)형태로 구성하며, 이 교차지 형태의 커패시터(29)의 핑거(Finger)의 길이와 폭 그리고 간격에 따라 커패시턴스값이 결정되며, 상기 커패시터(29)의 커패시턴스와 비아홀(26, 31)의 등가 기생 인덕턴스가 직렬공진이 형성되도록 설정하면 회로가 단락되어 접지효과를 극대화시킬 수 있다.
그러나, 상기 커패시터(29)에 직렬공진이 형성되지 않더라도 상기 두 개의 비아홀(26, 31)과 상기 커패시터(29)의 직렬 접속에 의해 비아홀(26)의 기생인덕턴스값이 경감될 뿐만아니라 2개의 비아홀(26, 31)의 기생인덕턴스는 서로 병렬접속으로 연결되므로 이것에 의하여서도 전체 인덕턴스값이 비아홀(26)만이 설치되어 있는 경우보다 대폭적으로 줄일 수 있다.
본 발명의 밀리미터파용 FET는 접지용으로 소오스 금속패드에 형성된 비아홀의 인덕턴스를 인덕턴스 감쇠수단을 통하여 밀리미터파의 주파수에서는 거의 0으로 되게 할 수 있으므로 밀리미터파를 사용하는 자동차의 전장레이다의 전력증폭기에적용하는 경우에도 충분한 접지효과를 얻을 수 있어 이득감쇠 등의 문제점을 해소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (6)

  1. 기판상의 활성층에 정의된 소오스 및 드레인 영역위에 형성된 소오스 및 드레인 전극과, 상기 영역들 사이의 활성층위에 형성된 게이트전극과, 상기 각 전극을 전기적으로 접속하기 위해 형성된 금속패드중 접지하고자하는 소오스 금속패드에 형성된 비아홀과, 상기 비아홀의 기생 인덕컨스를 감쇠시키기 위해 상기 소오스 금속패드에 접속되게 형성된 인덕턴스 감쇠수단을 구비함을 특징으로 하는 밀리미터파용 FET.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인덕턴스 감쇠수단은 상기 소오스 금속패드에 병렬접속되는 개방형 스터브임을 특징으로 하는 밀리미터파용 FET.
  3. 제1항에 있어서, 상기 인덕턴스 감쇠수단은 상기 소오스 금속패드에 병렬로 접속되는 래디얼 스터브임을 특징으로 하는 밀리미터파용 FET.
  4. 제1항에 있어서, 상기 인덕턴스 감쇠수단은 상기 소오스 금속패드에 병렬접속하는 커패시터와 다른 비어홀로 구성됨임을 특징으로 하는 밀리미터파용 FET.
  5. 제4항에 있어서, 상기 커패시터는 일단이 상기 소오스 금속패드에 접속되고 타단은 상기 소오스 금속패드에 형성된 비아홀과 병렬로 연결되게 형성된 또하나의 다른 비아홀에 접속되게 구성됨을 특징으로 하는 밀리미터파용 FET.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 스터브는 그의 길이가 사용주파수의 1/4파장으로 설정됨을 특징으로 하는 밀리미터파용 FET.
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