GaN HEMT 공정기술 개발

국방과학연구소(ADD, 소장 박종승)는 질화갈륨(GaN) 전력증폭소자(HEMT) 양산 공정 기술을 국내 기술력으로 확보하는데 성공했다. GaN HEMT는 높은 효율로 고출력을 가능하게 하는 특성을 가지는 반도체 부품으로 단시간 내 고강도의 에너지를 발산하는 레이다를 비롯한 첨단무기체계에 탑재가 가능하다. 특히 감시정찰용 AESA(Active Electronically Scanned Array) 레이다와 5G 이동통신 장비에도 장착되는 부품으로, 높은 출력의 전력량을 안정적으로 가동시키는데 주요한 역할을 담당한다.

그동안 국내 기술력 부재로 해외 수입에 의존해 오던 GaN HEMT의 양산 공정 기술 확보라는 성과는 ADD가 ‘15년부터 ’20년까지 진행한 선도형 핵심기술사업을 통해 이루어졌다. GaN HEMT 설계부터 공정기술과 양산기술 개발을 거쳐 최종적으로 레이다 송수신(T/R) 모듈에 적용할 수 있는 패키징 기술을 개발하기까지 ADD는 전기․전자 분야의 산·학·연과 긴밀하게 접촉하며 교류협력을 지속해왔다. 특히 한국전자통신연구원(ETRI)는 소자의 전기적 성능을 만족하도록 소자 구조를 설계하는 기술을 담당하여 전문성을 더했다.

이번에 개발한 GaN HEMT는 미국, 유럽, 일본 등 일부 기업에서만 양산 능력을 보유하고 국가 안보를 위한 전략물자로 지정해 수출 통제 대상으로 엄격히 관리함에 따라 국내 국방 R&D에 제한이 많았으나, 국내 개발이 가능해짐에 따라 자주국방을 위한 무기체계 개발의 지평을 넓히는데 기여할 것으로 기대된다.

앞으로도 ADD는 국내 기술력으로 개발된 GaN HEMT 기술이 국방부문 뿐만 아니라 민수분야에서도 원활하게 활용될 수 있도록 앞으로도 우수한 연구개발 역량을 갖춘 산․학․연과의 협력을 지속적으로 이어나갈 예정이다.

국방과학연구소 주관 선도형 핵심기술 개발사업인 'GaN RF 전력증폭 소자 설계/공정 개발' 과제로, 2015년 11월부터 S-Band 150W급 GaN HEMT를 생산할 수 있는 0.4um GaN 공정기술을 개발하여 Fab을 구축했다.

해당 과제를 수행한 (주)웨이비스는 국내 최초 0.4um GaN 파운드리를 2019년부터 서비스하고 있다. 2020년 12월부터 Full PDK(Process Design Kit)를 제공하고 있으며, 0.3um GaN HEMT Fab도 준비 중에 있다.

패키지된 GaN HEMT 소자 사진

제작된 300W급 GaN 전력증폭기

개발된 S-Band GaN HEMT와 전력증폭기는 KDDX, L-SAM, FFG-III 등 차세대 S-Band AESA 레이다의 T/R 모듈에 적용될 예정이다.

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