[그림 1.1.1] GaN 에피소재 기술 개념도 30

[그림 1.1.2] GaN 에피소재의 물성비교 31

[그림 1.1.3] 서로 다른 반도체 소재들의 주파수 및 출력 특성(RFMD) 31

[그림 1.1.4] 서로 다른 반도체 소재들의 RF전력증폭기 출력 특성(Fujitsu) 33

[그림 1.1.5] KF-X 사업 및 AESA 레이더 시제품(ADD) 34

[그림 1.1.6] GaN RF전력증폭기(민수 & 군수)의 시장전망(GaN RF, Yole) 35

[그림 1.1.7] 군수용 주요 X-band 레이더 시스템 36

[그림 1.1.8] GaN 에피소재의 군수/민수 응용분야 37

[그림 1.1.9] RF반도체를 이용한 주요 군수용 응용분야(GaN RF, Yole) 37

[그림 1.1.10] 군수용 GaN RF소자의 시장전망(GaN RF, Yole) 37

[그림 1.1.11] 개발목표인 4인치 이상 급 GaN-on-SiC 에피소재의 군수 활용분야 38

[그림 1.1.12] 주파수에 따른 민수용 활용분야 38

[그림 1.1.13] GaN RF전력증폭기의 이동통신 시스템 적용(GaN RF, Yole) 38

[그림 1.1.14] 5G 이동통신 네트워크 개요(밀리미터파 기반 5G 이동통신 기술동향, ETRI) 39

[그림 1.1.15] GaN RF소자의 cell network 적용범위(GaN RF, Yole) 39

[그림 1.1.16] 개발목표인 4인치 이상 급 GaN-on-SiC 에피소재의 민수 활용분야 39

[그림 1.2.1] GaN-on-SiC 이종접합 성장에 따른 기술적 장벽 40

[그림 1.2.2] GaN-on-SiC 에피소재 성장을 위한 기본적인 에피구조 41

[그림 1.2.3] AlGaN/GaN 이종접합을 이용한 HEMT 에피구조 41

[그림 1.2.4] 4인치 이상급 GaN-on-SiC 에피소재 대표 단면도 42

[그림 2.2.1] AlN/GaN HEMT 에피구조 및 소자결과(HRL Lab.) 46

[그림 2.2.2] GaN RF 전력소자의 주요 업체별 주파수 제품군(GaN RF, Yole) 47

[그림 3.1.1] GaN 에피소재의 분극특성 48

[그림 3.1.2] AlGaN/GaN 이종접합에 의한 2-DEG층 형성 및 분극특성 48

[그림 3.1.3] AlGaN/GaN 이종접합의 2-DEG 전자농도 특성 49

[그림 3.1.4] AlₓGa₁₋ₓN 성장조건에 따른 2-DEG 특성변화 49

[그림 3.1.5] S-/X-band 에피소재 설계기준 50

[그림 3.1.6] HT-MOCVD와 conventional MOCVD 비교 50

[그림 3.1.7] GaN on AlN template 에피구조도 및 기술 이슈 51

[그림 3.1.8] X-선 토포그래피 개략도 51

[그림 3.1.9] XRT 분석 실험을 위한 9D 빔라인 시스템 개략도 52

[그림 3.1.10] 방사광 기반 XRT 측정장치 52

[그림 3.1.11] SiC 기판의 geometry별 측정 방법 52

[그림 3.1.12] (a) Van Der Pauw 측정방법, (b) Hall 측정장비(Accent사) 53

[그림 3.1.13] Wafer carrier(2 " & 4") loading에 따른 GaN 에피 소재 테스트 54

[그림 3.1.14] Wafer carrier(2 " & 4") design에 따른 pocket 위치 54

[그림 3.1.15] 2 " & 4" UGaN 에피성장(full loading) 55

[그림 3.1.16] 2 " UGaN full-loading 에피특성(thickness mapping) 55

[그림 3.1.17] 4 " UGaN full-loading 에피특성(thickness mapping) 55

[그림 3.1.18] 2 " & 4" GaN(002) 결정성 균일도 분포 특성 56

[그림 3.1.19] AlGaN bulk 에피층의 TAD 분석결과 57

[그림 3.1.20] AlGaN bulk(4인치) 에피층의 TAD 분석결과 58

[그림 3.1.21] GaN-on-SiC 에피구조도 58

[그림 3.1.22] AlGaN/GaN HEMT on SiC 에피구조도 59

[그림 3.1.23] AlGaN/GaN HENT on SiC 에피구조의 두께 및 Bow 특성 59

[그림 3.1.24] AlGaN barrier 두께에 따른 2-DEG 특성변화 60

[그림 3.1.25] AlGaN/AlN/GaN HEMT on SiC 에피구조도 61

[그림 3.1.26] In-situ SiNₓ 성장용 에피구조도 61

[그림 3.1.27] In-situ SiNₓ 성장수행 및 SEM 분석 62

[그림 3.1.28] S-/X-band용 AlGaN/AlN/GaN 에피구조도 62

[그림 3.1.29] S-/X-band 에피시제의 2-DEG 에피특성 63

[그림 3.1.30] HT-MOCVD와 conventional MOCVD 비교 63

[그림 3.1.31] AlGaN back-barrier가 삽입된 HEMT 에피구조도 64

[그림 3.1.32] AlGaN 박막 성장 및 HEMT 에피구조 성장 실험계획 64

[그림 3.1.33] TMAl 유량에 따른 AlGaN 박막의 Al 조성비 65

[그림 3.1.34] TMAl 유량에 따른 AlGaN 박막의 성장속도 65

[그림 3.1.35] GaN 및 AlGaN 시료에 대한 XRD omega-2theta 측정결과 66

[그림 3.1.36] GaN 및 AlGaN 시료에 대한 XRC 측정결과 66

[그림 3.1.37] GaN 및 AlGaN 시료에 대한 PL 측정결과 67

[그림 3.1.38] GaN 및 AlGaN 시료에 대한 AFM 측정결과 67

[그림 3.1.39] Carbon 도핑된 GaN 버퍼층 HEMT 및 AlGaN back-barrier가 포함된 HEMT 구조 모식도 68

[그림 3.1.40] AlGaN 박막 성장 및 HEMT 에피구조 성장 실험계획 69

[그림 3.1.41] AlGaN 박막의 소스유량 및 성장온도에 따른 조성변화 광분석 결과(PL) 70

[그림 3.1.42] AlGaN bulk 박막성장속도 측정결과 70

[그림 3.1.43] 1.5㎛ 두께로 성장된 Al₀.₀₈Ga₀.₉₂N 박막의 성장온도에 따른 표면특성 변화[이미지참조] 71

[그림 3.1.44] AlGaN 박막의 성장온도에 따른 결정성 71

[그림 3.1.45] 1,070℃에서 성장된 AlGaN 박막의 CL plane view 측졍결과 72

[그림 3.1.46] AlGaN 버퍼층이 삽입된 AlGaN/GaN/AlGaN HEMT 구조의 표면 관찰결과 72

[그림 3.1.47] HEMT 에피 Omega-2theta 및 XRR 측정결과 73

[그림 3.1.48] Hall effect를 이용한 HEMT 에피구조 측정결과 73

[그림 3.1.49] (a) 실험에 사용된 HT-MOCVD 사진과 스펙 및 기판과 특성평가장비 정보, (b) AlGaN buffer on SiC 실험 및 (c) AlGaN/AlN/GaN/AlGaN buffer HEMT 실험계획 74

[그림 3.1.50] (a) TMAl 유량과 온도에 따른 AlGaN 박막의 조성비 변화 (b) UV-PL을 이용한 조성비 분석 75

[그림 3.1.51] (a) AlGaN 박막의 성장속도 측정결과 (b) AlGaN 박막의 SEM 단면사진 75

[그림 3.1.52] AlGaN buffer층의 XRD Omega-2theta 측정결과 76

[그림 3.1.53] Al 조성비에 따른 AlGaN buffer층의 AFM 측정결과 76

[그림 3.1.54] (Al)GaN buffer on SiC (a) (002)면 및 (b) (102)면의 반치폭 측정결과 77

[그림 3.1.55] XRC 반치폭을 이용한 결함밀도 계산식 및 계산결과 78

[그림 3.1.56] C-doped GaN, AlGaN buffer (4%), AlGaN buffer (8%)가 삽입된 HEMT 에피소재의 표면특성 78

[그림 3.1.57] C-doped GaN, AlGaN buffer (4%), AlGaN buffer (8%)가 삽입된 HEMT 에피소재의 AFM 측정결과 79

[그림 3.1.58] HEMT 에피구조의 (a) Omega-2theta 측정결과, (b) XRR 측정결과 79

[그림 3.1.59] HEMT 에피구조의 RSM 분석결과 80

[그림 3.1.60] (a) HEMT 시편 Hall effect 측정과정 (b) Hall effect 측정장비(Lakeshore) 80

[그림 3.1.61] Hall effect 측정결과(raw data) 80

[그림 3.1.62] Al 조성비에 따른 Hall effect 측정결과 81

[그림 3.1.63] 실험에 사용된 HT-MOCVD 정보와 AlN/GaN 초격자가 삽입된 GaN 기반의 HEMT 에피구조 및 AlN buffer 기반의 이종접합구조 HEMT 에피구조 실험계획 82

[그림 3.1.64] AlN/GaN 초격자 쌍이 0, 1, 3, 5쌍 삽입된 HEMT 에피구조의 광학현미경 및 원자력현미경 측정결과 82

[그림 3.1.65] HEMT 에피구조의 PL 측정결과 83

[그림 3.1.66] HEMT 에피구조의 XRD omega-2theta 측정결과 83

[그림 3.1.67] HEMT 에피구조의 Hall효과 측정결과 84

[그림 3.1.68] GaN on AlN 구조의 GaN 두께에 따른 (a) omega-2theta 결과 및 (b) GaN층의 응력계산결과 85

[그림 3.1.69] GaN층 두께에 따른 (002), (102) 면의 XRC 반치폭 결과 85

[그림 3.1.70] AlN buffer 이종접합구조 HEMT omega-2theta 측정결과 86

[그림 3.1.71] AlN buffer 이종접합구조 HEMT Hall 효과 측정결과 86

[그림 3.1.72] 고품위 AlN 에피층을 이용한 GaN HEMT 에피구조도 87

[그림 3.1.73] 기판종류에 따른 고품위 AlN 에피층의 단면 및 표면특성 87

[그림 3.1.74] DC-XRD를 이용한 AlN on SiC 에피층의 결정성 특성 분석 88

[그림 3.1.75] AlN/Sapphire template에 성장된 GaN 채널층 표면 및 단면특성 88

[그림 3.1.76] GaN on AlN/sapphire 시료의 결정성 특성(DAD)[내용누락;p.84-85] 89

[그림 3.1.77] GaN on AlN/sapphire 시료의 결정성 특성(TAD)[내용누락;p.84-85] 89

[그림 3.1.78] GaN on AlN/sapphire 시료의 균일도 특성(PL mapper)[내용누락;p.84-85] 89

[그림 3.1.79] GaN on AlN/SiC 시료의 결정성 특성(DAD)[내용누락;p.84-85] 89

[그림 3.1.80] GaN on AlN/SiC 시료의 결정성 특성(TAD) 90

[그림 3.1.81] 기판 종류에 따른 AlN 에피층의 결정성 특성 90

[그림 3.1.82] 기판 종류에 따른 AlN 에피층의 DC-XRD 특성[내용누락;p.87-88] 91

[그림 3.1.83] GaN on AlN template 에피구조도 및 기술 이슈[내용누락;p.87-88] 91

[그림 3.1.84] AlN template에 성장된 GaN 채널층의 결정성[내용누락;p.87-88] 91

[그림 3.1.85] AlN template에 성장된 GaN 채널층의 TAD 분석결과[내용누락;p.87-88] 91

[그림 3.1.86] AlN template에 성장된 GaN 채널층의 SEM 분석결과[내용누락;p.87-88] 91

[그림 3.1.87] AlN template에 성장된 AlGaN/AlN HEMT 에피구조도 92

[그림 3.1.88] AlN template에 성장된 AlGaN/AlN HEMT 2-DEG 에피특성 92

[그림 3.1.89] GaN 버퍼층, AlGaN 버퍼층 및 AlN 버퍼층 구조에 대한 TEM 단면 image 92

[그림 3.1.90] X-선 토포그래피 측정 개략도 93

[그림 3.1.91] X-선 토포그래피 측정 예시[내용누락;p.91] 94

[그림 3.1.92] X-선 토포그래피 분석 수행이 가능한 방사광가속기 연구소 전경[내용누락;p.91] 94

[그림 3.1.93] X-선 토포그래피 실험을 위한 9D 빔라인 시스템 개략도 95

[그림 3.1.94] 방사광 기반 X-선 토포그래피 측정장치 95

[그림 3.1.95] 필름 작업용 암실[내용누락;p.93] 96

[그림 3.1.96] 대면적 flat panel imager로 획득한 SiC 기판의 bragg 회절 spot들[내용누락;p.93] 96

[그림 3.1.97] X-ray topography 측정모드[내용누락;p.93] 96

[그림 3.1.98] SICC R-grade(LOT No. CN4H11317604) 97

[그림 3.1.99] SICC R-grade(LOT No. CN4H11317607) 97

[그림 3.1.100] SICC P-grade(LOT No. CN4H00127204) 97

[그림 3.1.101] SICC P-grade(LOT No. CN4H00127206) 98

[그림 3.1.102] SICC vanadium 도핑된 기판(LOT No. CN4S10403812) 98

[그림 3.1.103] Cree 테스트용 기판-웨이비스(LOT No. OB1719-09-BV) 98

[그림 3.1.104] SICC P-grade의 고해상도 X-선 필름 영상(LOT No. CN4H00127206) 99

[그림 3.1.105] SICC High purity 기판 및 Vanadium doping 기판간의 비교 99

[그림 3.1.106] SICC Vanadium doping 기판과 Cree 테스트 기판(웨이비스 제공)간의 비교 99

[그림 3.1.107] SiC 기판의 XRT 측정결과 100

[그림 3.1.108] SiC 기판의 XRT 측정결과 101

[그림 3.1.109] SiC 기판의 XRT 측정결과(SICC_CN47H33906706) 101

[그림 3.1.110] SiC 기판의 XRT 측정결과 101

[그림 3.1.111] SiC 기판의 XRT 측정결과 101

[그림 3.1.112] GaN-on-SiC 에피소재의 XRT 측정결과 102

[그림 3.1.113] XRT 측정사진 및 측정조건 102

[그림 3.1.114] CN4H53204504 시료에 대한 측정결과 102

[그림 3.1.115] 고해상도 필름을 이용한 CN4H53204504 시료 내부 상세분석[내용누락;p.100] 103

[그림 3.1.116] CN4H53204505 시료에 대한 측정결과[내용누락;p.100] 103

[그림 3.1.117] 고해상도 X-선 카메라를 이용한 디지털 토포그래피 영상 획득 개요[내용누락;p.100] 103

[그림 3.1.118] 디지털 토포그래피 영상결과 (a)CN4H53204504 시료 (b)CN4H53204505 시료[내용누락;p.100] 103

[그림 3.1.119] X-선 토포그래피 분석 예시 104

[그림 3.1.120] 방사광 기반의 XRT 측정을 수행하는 포항가속기연구소 PLS-II 개략도 104

[그림 3.1.121] XRT 측정장치 및 측정조건 105

[그림 3.1.122] CN4H13911906 기판에 대한 large flat panel 검출기 기반 XRT 결과 105

[그림 3.1.123] CN4H14418912 기판에 대한 large flat panel 검출기 기반 XRT 결과 105

[그림 3.1.124] 각 기판별 고해상도 X-선 필름 측정 결과[내용누락;p.103] 106

[그림 3.1.125] 기판(CN4H13911906) 내부의 위치별 기판 품질 및 결정 결함 확인[내용누락;p.103] 106

[그림 3.2.1] 게이트 길이와 장벽층의 두께 비율에 따른 주파수 특성 제한 그래프 108

[그림 3.2.2] Al(InGa)N 사원계 분극 및 2-DEG 특성 비교 108

[그림 3.2.3] RF전력증폭기의 모델링에 의한 차단 주파수(fT) 및 트랜스컨덕턴스(gₘ) 특성[이미지참조] 109

[그림 3.2.4] 큰 polarization과 에너지 밴드갭을 가지는 얇은 장벽층 구조 109

[그림 3.2.5] Ka-band 에피구조 설계기준[내용누락;p.107-108] 110

[그림 3.2.6] GaN on AlN template 에피구조도 및 기술 이슈[내용누락;p.107-108] 110

[그림 3.2.7] Van Der Pauw 측정방법 및 Hall 측정장비(Accent사)[내용누락;p.107-108] 110

[그림 3.2.8] (a) 성장 온도 및 (b) 압력에 따른 AlₓInyGa1-x-yN 결정성 변화특성[이미지참조] 111

[그림 3.2.9] 성장 압력 (100~400torr)에 따른 AlInGaN 에너지 밴드갭 변화 111

[그림 3.2.10] (a) 격자 불일치에 의해 결함 발생 모식도 및 (b) GaN와 장벽층 사이의 격자상수 관계 112

[그림 3.2.11] AlInGaN/GaN 이종접합구조 및 TEM 단면 사진 112

[그림 3.2.12] AlInGaN/GaN 이종접합구조 non-contact Rs 측정 분석[내용누락;p.111] 113

[그림 3.2.13] AlGaN back-barrier 유무에 따른 버퍼 누설 전류 특성 비교[내용누락;p.111] 113

[그림 3.2.14] Ka-band급 소자특성 평가 (a) ID -VD, (b) ID -VG, (c) 주파수 특성, (d) 항복전압 특성[이미지참조] 114

[그림 3.2.15] AlN 버퍼층의 버퍼 누설 전류 특성 114

[그림 3.2.16] AlN 버퍼 기반 HEMT 소자의 (a) pulsed I-V 특성 및 (b) noise 특성, (c) GaN 버퍼 소자의 noise 특성 115

[그림 3.2.17] 경북대학교 자체 보유 MOCVD 및 Susceptor (2"×6) 115

[그림 3.2.18] In-situ SiN/AlGaN/GaN 이종접합구조 단면 및 표면 이미지 116

[그림 3.2.19] (a) 성장온도 및 (b) 성장압력에 따른 AlₓInyGa1-x-yN 결정성 변화특성[이미지참조] 116

[그림 3.2.20] 성장온도(위)와 성장압력(아래)에 따른 에피구조 내부의 조성비 변화 117

[그림 3.2.21] AlInGaN/GaN 이종접합구조의 2-DEG 특성 117

[그림 3.2.22] AlInGaN/GaN 이종접합구조 non-contact Rₛ 측정 분석[내용누락;p.116-117] 118

[그림 3.2.23] In-situ SiN/AlGaN/GaN 이종접합구조 면저항 균일도[내용누락;p.116-117] 118

[그림 3.2.24] Ka-band용 AlInGaN/GaN HEMT 에피구조도[내용누락;p.116-117] 118

[그림 3.2.25] Ka-band용 AlInGaN/GaN HEMT 에피구조의 2-DEG 특성[내용누락;p.116-117] 118

[그림 3.3.1] Vertical-type MOCVD(Veeco社) 장비의 scale-up 확보 120

[그림 3.3.2] 상용급 MOCVD(K465i) 장비 및 기판 크기별 wafer carrier design 120

[그림 3.3.3] 상용급 MOCVD 활용장비의 변경(Veeco K465i→Aixtron G4)[내용누락;p.120] 121

[그림 3.3.4] 상용급 MOCVD(G4) 장비의 기판 크기별 wafer carrier design[내용누락;p.120] 121

[그림 3.3.5] 공정 재현성 확보를 위한 표준 에피구조 및 웨이퍼 loading 사진[내용누락;p.120] 121

[그림 3.3.6] (a) 간섭효과의 원리, (b) PL mapper 122

[그림 3.3.7] (a) eddy current를 이용한 비접촉식 측정원리, (b) LEI 측정장비(Rs) 122

[그림 3.3.8] CCS MOCVD pocket 위치에 따른 pyrometer 온도 특성[내용누락;p.122] 123

[그림 3.3.9] 4 " 에피 기본 구조 및 GaN 채널 및 버퍼층 carbon concentration[내용누락;p.122] 123

[그림 3.3.10] 4 " GaN conductivity 차이에 의한 TEM GaN 채널 두께 분석 124

[그림 3.3.11] 4 " 에피 center 영역 PL map thickness 측정 결과 및 TEM 분석 결과 124

[그림 3.3.12] Pocket 위치(2/3/5/6)에 따른 웨이퍼 두께 map 124

[그림 3.3.13] Pocket 위치(2/3/5/6)에 따른 Rs map[내용누락;p.124-128] 125

[그림 3.3.14] Pocket 위치(2/3/5/6)별 Run to Run 두께 재현성[내용누락;p.124-128] 125

[그림 3.3.15] Pocket (2), 동일 vendor (T사) 기판 사용 XRD GaN 반치폭 측정 결과[내용누락;p.124-128] 125

[그림 3.3.16] AlGaN 장벽층 성장시간에 따른 면저항 특성[내용누락;p.124-128] 125

[그림 3.3.17] AlGaN 장벽층 TEM image 및 성장시간에 따른 XRD 변화 특성[내용누락;p.124-128] 125

[그림 3.3.18] AlGaN 장벽층 성장시간에 따른 면저항 특성 [내용누락;p.124-128] 125

[그림 3.3.19] 공정 재현성 확인용 표준 에피구조 및 웨이퍼 loading 사진[내용누락;p.124-128] 125

[그림 3.3.20] 에피소재 표면저항 균일도 및 두께 균일도[내용누락;p.124-128] 125

[그림 3.3.21] AlGaN bulk 에피구조의 Al 조성비 균일도 제어[내용누락;p.124-128] 125

[그림 3.3.22] S-/X-band용 AlGaN bulk 균일도 제어특성[내용누락;p.124-128] 125

[그림 3.3.23] AlGaN 버퍼층 기반의 HEMT 에피구조의 두께 균일도 특성 126

[그림 3.3.24] Carbon doped GaN 버퍼층 기반의 HEMT 에피구조의 두께 균일도 특성 126

[그림 3.3.25] MOCVD in-situ monitoring 추가 장착 및 웨이퍼 온도분포 조절 예시[내용누락;p.130-131] 127

[그림 3.3.26] S-/X-band HEMT 에피구조의 Run-to-Run Rs 균일도 및 평균값[내용누락;p.130-131] 127

[그림 3.3.27] S-/X-band HEMT 에피구조의 full-loading 실험 및 에피 두께 균일도[내용누락;p.130-131] 127

[그림 3.3.28] S-/X-band HEMT 에피구조의 면저항 균일도[내용누락;p.130-131] 127

[그림 3.4.1] 공정 재현성 확보를 위한 표준 에피구조 및 웨이퍼 loading 사진 129

[그림 3.4.2] 에피소재의 신뢰성 평가를 위한 온도변화 cycle 129

[그림 3.4.3] 외부기관(KOPTI)에서 수행한 실험절차 및 실험장비 130

[그림 3.4.4] 온도가변(temperature cycling) 세부조건 130

[그림 3.4.5] Pocket 위치(2/3/5/6)별 Run to Run 두께 재현성[내용누락;p.135-138] 131

[그림 3.4.6] Pocket (2), 동일 vendor (T사) 기판 사용 XRD GaN 반치폭 측정 결과[내용누락;p.135-138] 131

[그림 3.4.7] AlGaN 장벽층 성장시간에 따른 면저항 특성[내용누락;p.135-138] 131

[그림 3.4.8] AlGaN 장벽층 TEM image 및 성장시간에 따른 XRD 변화 특성[내용누락;p.135-138] 131

[그림 3.4.9] AlGaN 장벽층 성장시간에 따른 면저항 특성[내용누락;p.135-138] 131

[그림 3.4.10] 공정 재현성 확인용 표준 에피 구조 및 웨이퍼 loading 사진[내용누락;p.135-138] 131

[그림 3.4.11] Run-to-Run 에피소재 표면저항 및 두께 재현성[내용누락;p.135-138] 131

[그림 3.4.12] Run-to-Run 실험에 따른 에피소재 GaN (102) FWMM 및 웨이퍼 bow 재현성[내용누락;p.135-138] 131

[그림 3.4.13] AlGaN 버퍼층 HEMT 에피구조의 에피두께 Run-to-Run 재현성 132

[그림 3.4.14] AlGaN 버퍼층 HEMT 에피구조의 에피두께 Wafer-to-Wafer 재현성[내용누락;p.140] 133

[그림 3.4.15] AlGaN 버퍼층 HEMT 에피구조의 Rs Run-to-Run 재현성[내용누락;p.140] 133

[그림 3.4.16] AlGaN 버퍼층 HEMT 에피구조의 wafer bow 및 GaN(102) FWHM[내용누락;p.140] 133

[그림 3.4.17] AlGaN 버퍼층 HEMT 에피구조 및 TEM 단면 image 136

[그림 3.4.18] AlGaN 버퍼층 HEMT 에피구조 두께의 Run-to-Run 결과 136

[그림 3.4.19] AlGaN 버퍼층 HEMT 에피구조 면저항의 Run-to-Run 결과 136

[그림 3.4.20] AlN template 기반의 HEMT 에피구조에 대한 기술적 이슈[내용누락;p.144] 137

[그림 3.4.21] AlN template 기반의 HEMT 에피구조의 밴드구조 비교[내용누락;p.144] 137

[그림 3.4.22] AlN template 기반의 HEMT 에피구조에 대한 Run-to-Run 재현성 138

[그림 3.4.23] AlN template 기반의 HEMT 에피구조의 두께 mapping 138

[그림 3.5.1] HEMT 에피구조의 누설전류 감소를 위한 도핑원소 및 실험방법 139

[그림 3.5.2] AlₓGa₁₋ₓN back-barrier 기반의 FET 에너지 밴드구조 및 전자농도 분포특성 140

[그림 3.5.3] GaN HEMT 에피구조도 및 TMGa 소스를 이용한 carbon 도핑방법 140

[그림 3.5.4] 반절연성 GaN 에피소재의 고저항성 평가를 위한 누설전류 측정 구조 모식도[내용누락;p.148] 141

[그림 3.5.5] 측정에 이용된 device analyzer (B1505A)[내용누락;p.148] 141

[그림 3.5.6] Carbon 도핑분석을 위한 SLS 에피구조도 142

[그림 3.5.7] GaN 성장온도 변화에 따른 carbon 도핑특성(SIMS 분석) 142

[그림 3.5.8] TMGa 유량변화에 따른 carbon 도핑특성(SIMS 분석) 143

[그림 3.5.9] NH₃ 유량변화에 따른 carbon 도핑특성(SIMS 분석) 143

[그림 3.5.10] AlGaN back-barrier 유무에 따른 버퍼 누설 전류 특성 비교 143

[그림 3.5.11] AlN 버퍼층의 버퍼 누설 전류 특성 144

[그림 3.5.12] 버퍼층 누설전류 특성을 측정결과 145

[그림 3.5.13] 버퍼층 구조에 따른 버퍼 누설 전류 비교 145

[그림 3.5.14] HEMT 에피소재 버퍼층 누설전류 측정사진 145

[그림 3.5.15] 버퍼층 누설전류 특성에 대한 자체 평가결과(Raw data) 146

[그림 3.5.16] 버퍼층 누설전류 특성(Fitted graph) 146

[그림 3.6.1] GaN 에피소재에 대한 소자 평가공정(차단주파수) 147

[그림 3.6.2] 에피소재 특성평가를 위해 설계된 패턴구조 148

[그림 3.6.3] 공정 평가를 위해 설계된 패턴구조 148

[그림 3.6.4] 설계된 소자 평가패턴 및 소자 단면도 149

[그림 3.6.5] 에피소재 평가를 위한 공정 순서 및 평가 계획 149

[그림 3.6.6] 에피소재 평가를 위해 제작된 전체 레이아웃 및 마스크 149

[그림 3.6.7] 파라미터 분석기를 이용한 소자의 드레인 및 게이트 전압에 따른 DC I-V 특성 150

[그림 3.6.8] 게이트 전압에 따른 전달 특성 150

[그림 3.6.9] 네트워크 분석기 및 장비 기능[내용누락;p.158] 151

[그림 3.6.10] 소자에서 추출된 차단주파수 및 최대주파수 특성[내용누락;p.158] 151

[그림 3.6.11] 수정된 S-/X-/Ka-band 용 에피 소재 평가 패턴 레이아웃 152

[그림 3.6.12] 상용 웨이퍼를 이용하여 제작된 다양한 게이트 구조의 소자 단면도 152

[그림 3.6.13] 게이트 구조에 따른 소자의 주파수 특성 비교 153

[그림 3.6.14] Drain field plate 길이에 따른 소자의 주파수 특성 비교 153

[그림 3.6.15] Gate field plate 길이에 따른 소자의 주파수 특성 비교 154

[그림 3.6.16] 소자 공정 진행 중에 있는 source field plate 구조의 소자 단면도 154

[그림 3.6.17] 한국나노기술원 (KANC) 및 한국공학대에서 성장한 에피 웨이퍼 구조 155

[그림 3.6.18] 제공 받은 웨이퍼로 제작된 S-band 소자의 주파수 특성 비교 155

[그림 3.6.19] 제공 받은 웨이퍼로 제작된 X-band 소자의 주파수 특성 비교 155

[그림 3.6.20] 한국나노기술원(KANC) 및 한국공학대에서 성장한 에피 웨이퍼 구조 156

[그림 3.6.21] 경북대에서 제공받은 웨이퍼 구조 및 제작된 Ka-band 소자의 주파수 특성 156

[그림 3.6.22] 0.25㎛/0.12㎛급T형 게이트 패턴 단면도 및 SEM 이미지 157

[그림 3.6.23] 0.25㎛급 PMMA gate foot 패턴의 in-line CD-SEM image 및 CD 값 균일도 157

[그림 3.6.24] 0.12㎛급 PMMA gate foot 패턴의 in-line CD-SEM image 및 CD 값 균일도 158

[그림 3.6.25] Ex-situ SiN를 적용한 오믹 공정 순서도 158

[그림 3.6.26] Ex-situ SiN 적용한 S-band 에피 시제 공정 순서도 159

[그림 3.6.27] 소자 평가 공정을 위한 4 " GaN HEMT 에피구조도(KANC) 159

[그림 3.6.28] 공정 완료된 웨이퍼 사진 160

[그림 3.6.29] 접촉저항 평가 패턴 및 측정 방법 160

[그림 3.6.30] TLM 측정 결과 160

[그림 3.6.31] 웨이비스 DC 전수 측정 시스템 구성 161

[그림 3.6.32] 전수 측정된 threshold voltage(Vₜₕ), Idss, gate leakage current, drain leakage current[이미지참조] 161

[그림 3.6.33] 드레인 전압 150 V에서의 gate leakage current(좌), drain leakage current(우) 161

[그림 3.6.34] 웨이비스 RF 전수 측정 구성 162

[그림 3.6.35] S-band 소자의 차단주파수(fT) 특성[이미지참조] 162

[그림 3.6.36] 250nm 게이트 패턴의 SEM 사진 162

[그림 3.6.37] 4 " 특성 평가용 X-band GaN HEMT layout 163

[그림 3.6.38] C社 상용 에피소재 구조 163

[그림 3.6.39] 한국나노기술원 (KANC)에서 성장한 에피소재 구조 164

[그림 3.6.40] 한국산업기술대학교(KPU)에서 성장한 에피소재 구조 164

[그림 3.6.41] S-band(좌)/X-band(우)용 소자 제작 단면도 165

[그림 3.6.42] C社에서 구매한 상용 웨이퍼의 S-band용 소자 주파수 특성 165

[그림 3.6.43] 한국나노기술원(KANC)에서 성장한 에피소재의 S-band용 소자 주파수 특성 166

[그림 3.6.44] 한국산업기술대(KPU)에서 성장한 에피소재의 S-band용 소자 주파수 특성 167

[그림 3.6.45] S-band 4 " 에피소재 구조 모식도 168

[그림 3.6.46] Ex-situ SiN 공정을 적용한 S-band 에피시제 공정 순서도 168

[그림 3.6.47] KANC에서 성장 된 S-band 4" 에피소재의 주파수 특성 169

[그림 3.6.48] S-band 4" 에피소재의 주파수 응답 특성 비교 분석 도표 169

[그림 3.6.49] C社에서 구매한 상용 웨이퍼의 X-band용 소자 주파수 특성 170

[그림 3.6.50] 한국나노기술원(KANC)에서 성장한 에피소재의 X-band용 소자 주파수 특성 170

[그림 3.6.51] 한국공학대에서 성장한 에피소재의 X-band용 소자 주파수 특성 171

[그림 3.6.52] 4" X-band 에피소재 특성 평가용 GaN HEMT layout 172

[그림 3.6.53] 250nm급 게이트 길이를 가지는 4" X-band GaN HEMT 단면 SEM 이미지 172

[그림 3.6.54] 제작된 X-band GaN HEMT 이미지 172

[그림 3.6.55] X-band 4 " 상용 에피소재의 주파수 특성 172

[그림 3.6.56] Ka-band급 에피소재를 활용한 소자 제작 결과 173

[그림 3.6.57] C 사 및 S 사 상용 에피소재 구조 173

[그림 3.6.58] 한국나노기술원 (KANC)에서 성장한 에피 웨이퍼 구조 173

[그림 3.6.59] 한국공학대에서 성장한 에피 웨이퍼 구조 174

[그림 3.6.60] S-band(좌)/X-band(우) 용 소자 제작 단면도 174

[그림 3.6.61] 상용 웨이퍼 소자 주파수 특성 174

[그림 3.6.62] 한국나노기술원(KANC) 소자 주파수 특성 175

[그림 3.6.63] 한국산업기술대학교(KPU) 소자 주파수 특성 176

[그림 3.6.64] X-band HEMT 게이트 단면 TEM 이미지 및 웨이퍼 위치별 게이트 CD 비교 178

[그림 3.6.65] X-band HEMT 소자 공정 순서도 178

[그림 3.6.66] X-band HEMT 소자 현미경 이미지 178

[그림 3.6.67] 웨이비스 RF 특성평가를 위한 반도체 계측장비 구성도 178

[그림 3.6.68] C社(좌)와 KANC(우)에서 성장 된 X-band 4 " 에피 소재의 주파수 특성 179

[그림 3.6.69] AlInGaN/GaN HEMT 소자의 차단주파수 특성 179

[그림 3.6.70] 한국나노기술원 (KANC)에서 성장한 에피 웨이퍼 구조 180

[그림 3.6.71] 한국공학대학교에서 성장한 에피 웨이퍼 구조 180

[그림 3.6.72] S-band(좌)/X-band(우)용 소자 제작 단면도[내용누락;p.188] 181

[그림 3.6.73] 한국나노기술원(KANC) 소자 주파수 특성[내용누락;p.188] 181

[그림 3.6.74] 한국공학대학교 에피소재의 소자 주파수 특성 182

[그림 3.6.75] In-situ SiNₓ 박막이 포함된 에피소재의 고온 annealing 후 광학현미경 이미지 184

[그림 3.6.76] Drain(좌)/gate(우) leakage current 측정 결과 184

[그림 3.6.77] Drain(좌)/gate(우) Breakdown voltage 측정 결과 184

[그림 3.6.78] 4" 에피소재의 주파수 특성 비교 185

[그림 3.6.79] 공정 완료된 X-band GaN HEMT 웨이퍼, 소자 및 게이트 이미지 185

[그림 3.6.80] 에피소재 구조별 제작된 소자 광학현미경 사진 186

[그림 3.6.81] C社(상) 및 KANC(하)에서 제작된 X-band 4 " 에피소재의 차단 주파수 특성 186

[그림 3.7.1] 항복전압측정 개념도 188

[그림 3.7.2] 항복전압 측정 모식도 및 회로도 189

[그림 3.7.3] 웨이비스 DC 자체측정 시스템 구성도 189

[그림 3.7.4] 상용 웨이퍼를 이용하여 제작된 다양한 게이트 구조의 소자 단면도 190

[그림 3.7.5] 게이트 구조에 따른 소자의 전압-전류 특성 및 항복 전압 특성 190

[그림 3.7.6] 제공받은 웨이퍼로 제작된 S-band 소자의 항복전압 특성 비교 191

[그림 3.7.7] 제공 받은 웨이퍼로 제작된 X-band 소자의 항복 전압 특성 비교 191

[그림 3.7.8] 경북대에서 제공받은 웨이퍼로 제작한 Ka-band 소자의 항복전압 특성 191

[그림 3.7.9] 소자 평가 공정을 위한 4 " GaN HEMT 에피구조도(KANC) 192

[그림 3.7.10] 웨이비스 DC 전수 측정 시스템 구성 192

[그림 3.7.11] 측정된 4 " 에피 시제 transfer curve(좌), family curve(우) 192

[그림 3.7.12] 측정된 4 " 에피시제의 항복전압 특성 193

[그림 3.7.13] 상용 웨이퍼(C社)의 S-band용 에피소재 항복전압 특성 193

[그림 3.7.14] S-band용 에피소재(KANC)의 항복전압 특성 193

[그림 3.7.15] S-band용 에피소재(KPU)의 항복전압 특성 194

[그림 3.7.16] S-band용 에피소재(KANC)의 4" 양산공정 소자 항복전압 특성 194

[그림 3.7.17] X-band용 에피소재(C社)의 항복전압 특성 195

[그림 3.7.18] X-band용 에피소재(KANC)의 항복전압 특성 195

[그림 3.7.19] X-band용 에피소재(KPU)의 항복전압 특성 196

[그림 3.7.20] Ka-band급 에피소재(경북대)의 항복전압 특성 196

[그림 3.7.21] 상용 웨이퍼 항복전압 특성 197

[그림 3.7.22] 참여기관 한국나노기술원(KANC) 소자 항복전압 특성 197

[그림 3.7.23] 참여기관 한국산업기술대(KPU) 소자 항복전압 특성 198

[그림 3.7.24] C社(좌) 및 KANC(우)에서 제작된 X-band 4 " 에피소재의 항복전압 특성 198

[그림 3.7.25] AlInGaN/GaN HEMT 에피소재(Ka-band)의 항복전압 특성 199

[그림 3.7.26] 참여기관 한국나노기술원(KANC) 소자 항복전압 특성 200

[그림 3.7.27] 한국공학대 소자 항복전압 특성 200

[그림 3.8.1] Load/Source-Pull 시스템 개략도 202

[그림 3.8.2] 출력전력밀도 측정을 위한 Load-pull system 모식도 203

[그림 3.8.3] 상용 웨이퍼 출력전력밀도 특성 203

[그림 3.8.4] 한국나노기술원(KANC) 소자 출력전력밀도 특성 204

[그림 3.8.5] 한국산업기술대(KPU) 소자의 출력전력밀도 특성 205

[그림 3.8.6] Drain breakdown voltage(좌) 및 gate breakdown voltage(우) 205

[그림 3.8.7] 4인치 S-band 에피소재의 Pout 특성 비교 206

[그림 3.8.8] 한국나노기술원(KANC) 출력전력밀도 특성[내용누락;p.214] 207

[그림 3.8.9] 한국공학대 소자의 출력전력밀도 특성 208

[그림 3.8.10] 4" 에피소재 출력전력밀도 특성 비교 209