유무인무기체계에서 사용되는 질화갈륨(GaN) RF 반도체의 수명평가시스템 개발 및 수명예측 방안 (Development of a lifetime evaluation system and lifetime prediction method for GaN RF semiconductors used in manned and unmanned weapon systems)

서지정보

· 발행기관 : 광운대학교 방위사업연구소
· 수록지 정보 : 선진국방연구 / 6권 / 2호 / 63 ~ 90페이지
· 저자명 : 최영락, 강윤호, 김형국

초록

본 연구의 목적은 질화갈륨(GaN) RF 반도체의 수명예측을 위해서 RF 스트레스를 인가할 수 있는 평가 시스템을 개발하고, 열화 메커니즘의 복합적 영향을 고려하여 수명예측이 가능한 시험방안을 제안하는 데 있다. 통신용 반도체의 수명평가 시에는 실제 사용조건을 모사하기 위해서 RF-입력의 인가가 요구된다. 개발된 수명평가시스템은 광대역 고출력 RF 스트레스를 시료별로 인가하고 시료의 RF 특성변화를 실시간 측정할 수 있도록 구성되었다. 더불어 온도 및 전압 스트레스를 각각의 시료에 대해 독립적으로 제어할 수 있도록 설계 및 제작하였다. 제작된 장비는 시험의 용이성을 개선하여 효율적인 수명평가뿐만 아니라 반도체의 실시간 열화 경향 데이터 확보를 가능하게 하였다. 개발된 수명평가시스템을 활용하여 가속수명시험을 실시하여서 사용조건(Field condition)에서의 반도체 수명을 추정할 수 있다. 그러나 기존의 갈륨비소(GaAs) RF 반도체와 달리 질화갈륨(GaN) RF 반도체는 RF 동작에서 한가지 열화 메커니즘의 영향이 두드러지게 나타나지 않고 열화 메커니즘들의 복합적 영향이 나타나게 된다. 따라서 가속조건별 고장분포에서 추정된 고장시간을 가속모형에 따라 외삽하는 기존 방식으로는 사용조건의 수명을 예측하기 어려우므로, 새로운 수명추정 방법을 제안하였다. 열화 메커니즘별 IV 특성 매개변수를 확인하고, 열화 메커니즘별 해석이 가능한 DC-가속수명시험과 복합적 열화 메커니즘을 나타내는 RF-가속수명시험과의 관계를 도출한다. 그 후 사용조건에서 각 열화 메커니즘별 영향에 관한 가중치를 구해서 수명을 예측하는 방법이다. 본 연구는 추후 반도체 신뢰성 평가의 체계적인 계획 수립 및 평가 장비 개발 방향에 필요한 기초자료를 제시했다는 점에서 의의가 있다. 또한, 본 연구의 제안된 방법으로 수명평가가 진행되어 열화 메커니즘에 따른 데이터가 도출된다면 향후 질화갈륨(GaN) RF 반도체의 신뢰성 개선에 긍정적인 영향을 미칠 수 있을 것이다.

영어초록

The aim of this study is to develop a testing system that applies RF (Radio Frequency) stress to predict the lifespan of GaN RF semiconductors, a subject of numerous ongoing domestication studies. Additionally, the study proposes an approach that considers the complex effects of degradation mechanisms in predicting lifespan. When testing the longevity of communication semiconductors, it’s essential to apply RF-input to replicate real-world conditions. The system we developed applies wideband, high power RF stress to individual samples. It monitors RF characteristic changes in real-time and provides independent control of temperature and voltage stress for each sample. This ensures both effective lifespan tests and real-time tracking of semiconductor degradation patterns. Unlike traditional GaAs semiconductors, GaN ones exhibit the compounded influence of degradation mechanisms during RF operation. Therefore, a new lifespan estimation method that identifies the IV characteristic parameters for each degradation mechanism and deduces a relationship between the DC-accelerated life test and the RF-accelerated life test was proposed. The proposed method is significant in that it provides foundational data necessary for the systematic planning of semiconductor reliability testing and the direction of test equipment development. If lifespan tests proceed using this proposed method and data related to degradation mechanisms is derived, it is anticipated to positively impact the future reliability improvement of GaN RF semiconductors.

참고자료

· 없음