KR100675354B1 - 밀리미터 및 서브-밀리미터 파장용 전자기파를 생성하는양자 우물 공진 터널링 제너레이터를 안정화하는마이크로스트립 - Google Patents

밀리미터 및 서브-밀리미터 파장용 전자기파를 생성하는양자 우물 공진 터널링 제너레이터를 안정화하는마이크로스트립 Download PDF

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Abstract

밀리미터 및 서브-밀리미터 파장용 전자기파를 생성하는 양자 우물 공진 터널링 제너레이터를 안정화하는 마이크로스트립이 개시된다. 본 발명에 따른 마이크로스트립은 공진 터널링 반도체 양자 우물 다이오드 및 마이크로스트립 공진기를 포함하며, 공진 터널링 반도체 양자 우물 다이오드와 마이크로스트립 공진기 및 이들을 상호 연결하는 라인들 및 접합부(junction)는 단일 집적 라인들 및 공통 기판 위에서 제작된다. 본 발명에 의하면, 본 발명에서 제안한 기기의 단일 집적 구조는 기생 인덕턴스 뿐만 아니라 공진 터널링 다이오드 및 공진기와 접속된 전기 회로의 다른 기생 파라미터들의 감소로 인하여 테라헤르쯔 영역에 대해 동작 주파수 범위가 확장되는 장점이 있다.
공진 터널링 다이오드, 제너레이터, 공진기, 마이크로스트립, 테라헤르쯔

Description

밀리미터 및 서브-밀리미터 파장용 전자기파를 생성하는 양자 우물 공진 터널링 제너레이터를 안정화하는 마이크로스트립{Microstrip stabilized quantum well resonance-tunneling generator for millimeter and submillimeter wave-length range}
도 1은 밀리미터 파장 범위용 양자 우물 공진 터널링 제너레이터를 안정화하는 마이크로스트립을 도시한 도면,
도 2a는 공진 터널링 다이오드를 구비한 밀리미터 파장의 제너레이터를 안정화하는 마이크로스트립의 측면도이며, 도 2b는 공진 터널링 다이오드를 구비한 밀리미터 파장의 제너레이터를 안정화하는 마이크로스트립의 평면도, 그리고
도 3은 마이크로스트립 공진기와 접속을 제공하는 동평면상의 접촉 시스템을 구비하는 공진 터널링 다이오드 활성 소자의 단면도이다.
본 발명은 마이크로파 신호원, 고체 물리 고주파 전자공학 및 마이크로전자공학에 관한 것으로 다음과 같은 분야에 이용된다.
- 통신
- 전자공학 및 마이크로전자공학
- 라디오비젼(radiovision) 및 인트로스코피(introscpoy)
- 입자 분광학(Molecular spectroscopy) 및 지구 대기 관찰(Earth atmosphere monitoring)
- 대기학, 의학 및 생물학
공진 터널링 효과(resonant tunneling effects)를 포함하는 양자 효과는 최근 고체 물리 및 반도체 공학에 널리 이용된다. 터널링 전하 이송 공정(tunneling charge transfer process)은 매우 고속이므로, 공진 터널링이 결합된 양자 우물 다이오드 구조(quantum well diode structures)는 테라헤르쯔 주파수에서 가장 잘 동작하는 것으로 인식되었다. (미국 특허공보 US 4745452, "Tunneling transfer devices"를 참조)
그러나, 테라헤르쯔 범위의 제너레이터에 기반을 둔 공진 터널링 다이오드의 동작 주파수를 확장하는 것은 상당히 복잡한 문제점을 가지고 있다. 주요한 문제점은 더 높은 주파수에서 에너지의 손실이 더 빨리 증가한다는 점, 소형 공진기 시스템을 제작하기 어렵다는 점, 외부 공진기 시스템과 능동 소자를 접속시키는 회로소자인 기생 인덕턴스 및 다른 파라미터들의 역할이 증가한다는 점이다.
실온에서 200, 420, 및 700 GHz의 밀리미터 대역의 발진 주파수를 갖는 공진 터널링 양자 우물 다이오드 구조에 기초한 마이크로파 발생기는 다음 인용문헌에 보고된 바 있다. [E.R.Brown, T.C.L.G.Sollner et al, J.Appl.Phys.64(3),1519- 1529(1988), Appl.Phys.Lett.55(17),1777-1779(1989),Appl.Phys.Lett.58(20),2291-2293(1991)]
공진 터널링 다이오드들은 GaAs(또는 InAs)로 이루어진 양자 우물에 의해 분리된 두 개의 AlAs 장벽으로 이루어진다. 발진을 얻기 위해 이용되는 공진기는 발진주파수에 의존하는 규격을 갖는 직사각형의 금속 도파관 구조를 갖는다. 712GHz의 가장 높은 발진주파수는 0.030×0.015 cm2의 크기를 갖는 직사각형의 도파관 공진기에 의해 얻을 수 있다. DC 바이어스는 휘스커 접촉(whisker contact)을 갖는 동축선에 의해 제공될 수 있는데 전자는 관심 대역 아래의 모든 주파수에서 다이오드를 안정화시키는 역할을 수행하며, 후자는 커플링 전기 회로에서 전기적 손실을 감소시키는 역할을 수행한다. 생성되는 최대 전력은 대략 0.3 μＷ이다.
발진주파수는 외부 전자회로 파라미터들과 마찬가지로 다이오드 자체의 등가 파라미터(컨덕턴스, 주파수 의존 직렬 저항, 다이오드 캐패시턴스 및 양자 우물 인덕턴스)를 포함하는 등가회로 임피던스에 의해 결정된다. 디바이스의 고주파 특성을 개선하기 위해서, 다이오드의 내부 평면 규격은 2 마이크론 이하로 만들어진다. 고주파 특성의 빠른 감소 뿐만 아니라 직사각형의 소형 도파관 공진기를 제작하기 위한 기술적 어려움은 이러한 형태의 디바이스를 다양하게 응용하는데 제약이 된다.
마이크로파 무선 물리학에 이용되는 한정된 동공 도파관 공진기 시스템과 광학에 이용되는 개방 동공 공진기 사이의 중간에 위치하는 마이크로스트립 공진기는 고주파 전자공학에 널리 이용된다.
이들 공진기는 저비용의 제조 공정 및 공진기 규격의 폭 넓은 변화를 허용하는 평면형 물질들로 이루어진다. 마이크로스트립라인이 종래의 박막 기술을 사용한 하이브리드 집적회로에 통합될 수 있다는 것은 매우 중요하다. 공진기의 Q 팩터는 고주파수 범위에서 다소 높아지며, 특히 평면형 공진기를 좀 더 복잡하게 구성함으로써 공진기의 Q 팩터는 높아진다. 이와 같이 높은 Q 팩터를 갖는 공진기의 일례가 미국특허공보 제5825266호("High-Q resonator utilizing planar structures" by J.K.Gehrke)에 개시되어 있다.
Q 팩터를 개선하기 위한 또 다른 방법은 마이크로스트립 물질로서 높은 TC를 갖는 초전도체를 이용하는 것이다. 이와 같이 높은 Q 팩터를 갖는 공진기의 일례가 미국특허공보 제6021337호("Stripline resonator using high-temperature superconductor components" by Remillard et al)에 개시되어 있다. 공진기 내의 유전체층 위에 코팅된 초전도체의 두께는 1 마이크론을 초과하며, 수 백 마이크론의 두께로도 만들 수 있다. 이로 인해 전자기장이 초전도체에 충분히 침투할 수 있게 된다. 고주파수에서, 스트립라인의 응용은 유전체의 파라미터들, 에너지 손실의 증가, 원하지 않는 발진 모드의 발현 등에 의해 제한된다.
본 발명에 매우 근접한 발명은 다음 문헌에 개시되어 있다. [A.A.Beloushkin, A.S.Ignatyev, A.L.Karuzskii, V.N.Murzin, A.V.Perestoronin, A.M.Tskhovrebov, "Microstrip Stabilized Semiconductor Asymmetrical Quantum Well Structure Generator for Millimeter and Submillimeter Wavelength Range", Superlattices and Microstructures, Vol.22, No.1, p.19-23(1997)]
위 문헌에 기재되어 있는 공진 터널링 다이오드와 마이크로스트립라인의 장점을 결합한 디바이스는 마이크로파 공진기로 이용된다. 공진 터널링 양자 우물 구조는 스스로 구성되는(self-consisted) 컴퓨터 시뮬레이션을 기초로 이론적으로 설계되었으며, GaAs로 이루어진 반절연 웨이퍼 상에 MBE(Molecular Beam Epitaxy) 공정에 의해 성장한다. 두 개의 4.5 nm AlAs 장벽들을 구성하는 구조물은, 하나의 4.0 nm GaAs 양자 우물에 의해 나누어지며, 고농도로 도핑된 접촉층으로부터 불순물 편석을 방지하기 위한 스페이서 층(spacer layers)을 포함한다.
디바이스의 커패시턴스 및 직렬저항의 감소로 인하여 동평면상의 접촉 시스템은 전류-전압 커브의 NDC(Negative Differential Conductivity) 영역에서 최소한의 시간 지연이 제공된다. 고농도로 도핑된 갈륨 아르제나이드 및 Cr/Au 옴 접촉(ohmic contacts)으로 이루어진 접촉 영역은 지름이 0.01 mm ~ 0.025 mm인 메사(mesa) 위에서 진공 증착에 의해 형성된다. 마이크로스트립 공진기는 종단이 단락된 회로를 구비하며 1/4 파장이 티커플드된(tee-coupled) 마이크로스트립라인으로 설계된다. 구리 스트립은 이중 평면 금속배선을 갖는 1.5 mm 두께의 유전체 기판 위에 패턴화된다. 구리 스트립의 폭은 2 mm이고, 그 길이는 70 mm이다. 공진 터널링 다이오드는 최소 레벨의 유도성 및 저항성 기생 파라미터들을 제공하도록 짧은 금속 도체들에 의해 공진기에 접속되어 있다. 실온에서 마이크로파는 능동 소자(0.01 - 0.1mW의 마이크로파 전력)인 이중 장벽 공진 터널링 다이오드(double barrier resonant tunneling diode)를 가지고 1 내지 10 GHz의 주파수 범위에서 얻어진다.
더 짧은 파장 범위에서 마이크로스트립 공진기의 효율성은 능동소자(RTD)와 공진기의 임피던스 정합을 수행하는 파(wave)의 품질에 의해 상당 정도 결정된다. 능동소자 및 마이크로스트립 공진기가 분리 제작된 경우에 이러한 정합을 얻기는 어렵다.
따라서, 본 발명의 목적은 테라헤르쯔 주파수 범위에서 고체 물리 마이크로파 발생기의 발진주파수를 증가시키기 위함이다.
단일 집적 구조의 제너레이터는 MBE(molecular beam epitaxy) 및 박막 에피택시(thin-film epitaxy) 방법의 응용을 허용한다. 본 발명은 전기적 손실을 최소로 줄일 수 있으며, 밀리미터 파장 범위에서 최적의 웨이브 임피던스 매칭 시스템을 얻을 수 있다. 마이크로스트립 공진기 시스템에 의해 제공된 웨이브 임피던스의 최적 매칭을 가능케하는 고속의 공진 터널링 다이오드들은 제안된 기기들이 밀리미터 및 서브-밀리미터 파장 범위의 응용을 가능하게 한다.
공진 터널링 나노 구조에서 고속의 전하 이송 공정에도 불구하고, 제너레이터(generator)에 기반을 둔 공진 터널링 다이오드에서 테라헤르쯔의 주파수를 얻는 것은 다소 어렵다. 왜냐하면, 이 파장 범위에서 높은 Q를 갖는 3차원적으로 한정된 동공 공진기들을 제작함에 있어서의 문제점 뿐만 아니라 외부 공진기 및 공진 터널링 다이오드를 상호접속함에 있어 적절한 회로 조건들을 제공함에 문제점이 있기 때문이다. 특히, 마이크로파 범위에서 매우 효율적인 웨이브 가이드 시스템은, 금속 소자에서 에너지 손실의 증가로 인해, 밀리미터 및 서브-밀리미터 파장에서 동작을 중단한다. 출력 전력이 상당히 감소되는 이러한 결과는 더 짧은 파장에서 이러한 시트템을 이용하여 구현된다.
준개방형(semi-open) 동공 시스템이면서, 3차원으로 제한된 동공 공진기 사이의 중간 지점을 소유하는 마이크로스트립 공진기와 광학에 이용되는 개방 공진기는 보다 짧은 파장 범위에서 이용되는 여러 장점을 가지고 있다. 그러나, 보다 짧은 파장에서 마이크로스트립 공진기의 이용 효율성은 활성소자 및 공진기의 웨이브 임피던스 매칭의 품질에 의해 상당 정도 결정된다. 활성소자 및 공진기가 분리 제작되었을 때, 이러한 요구를 수행하는 것은 다소 어렵다. 마이크로스트립 공진기는 3차원으로 제한된 동공 공진기보다 더 낮은 Q 팩터를 가지므로, 마이크로스트립 라인 및 유전층에 높은 전기적 파라미터를 제공하는 것은 매우 중요하다.
제너레이터에서 테라헤르쯔 범위의 주파수를 확장하는 데 있어서 매우 긴급한 문제는 공진 터널링 다이오드와 외부 공진기를 접속하는 것이다. 다소 자연스러운 본 발명의 해결책은 하나의 디바이스에서 능동 소자와 공진기를 결합하는 것이다.
따라서, 해결해야할 가장 중요한 문제점은 다음과 같다.
- 고속 양자 반도체 헤테로 구조를 이용하여 능동소자와 공진기 간의 최적 웨이브 임피던스 매칭을 제공하고, 기생 인덕턴스를 최소화하며, 밀리미터 및 서브-밀리미터 범위에서 전기회로의 파라미터들을 최적화하는 제너레이터를 설계하는 것이다.
- 제안된 기기를 제작함에 있어 MBE(molecular beam epitaxy), 박막 에피택시(thin film epitaxy), 포토리소그라피 등을 포함하는 양자 반도체 헤테로 구조의 제작에 이용되는 최신 기술이 이용된다.
- 마이크로스트립 공진기를 포함하는 제너레이터의 구성 요소를 제작함에 있어 정확한 정밀도를 구현하는 것이다.
- 출력 전력을 증가시키고, 제조 비용을 감소시키기 위해 다수의 제너레이터 단위들을 포함하는 기기를 제작하는데 이용되는 다수의 기술들을 개선하기 위한 것이다.
- 평면형 소자인 본 발명의 제너레이터를 반도체 집적회로에 집적하는 개선된 방법을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 테라헤르쯔 주파수 범위에 대해 고체 상태 마이크로파 발생기(solid state microwave generator)의 발진주파수를 증가시키기 위함이다. 제너레이터의 단일 집적 구조가 제안되며, MBE(molecular beam epitaxy) 및 박막 에피택시를 적용할 수 있는 공통 기판 상에서 제너레이터의 전체 소자들이 제조된다.
- 기생 인덕턴스 및 전기 회로의 다른 파라미터들의 감소
- 단파장에서 능동소자(RTD) 및 공진기 시스템의 웨이브 임피던스 매칭의 최적화
- 출력 파워의 증가
- 전반적인 규격(dimensions), 무게 감소, 제조 비용 감소
- 평면형 소자들인 제안된 제너레이터들을 반도체 집적 회로에 집적
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 밀리미터 및 서브-밀리미터 파장용 전자기파를 생성하는 양자 우물 공진 터널링 제너레이터를 안정화하는 마이크로스트립 공진 터널링 반도체 양자 우물 다이오드; 및 마이크로스트립 공진기를 포함하며, 공진 터널링 반도체 양자 우물 다이오드와 마이크로스트립 공진기 및 이들을 상호 연결하는 라인들 및 접합부(junction)는 단일 집적 라인들 및 공통 기판 위에서 제작되는 것이 바람직하다.
여기서, 공통 기판은, 마이크로스트립 공진기의 유전층으로 이용되고, 일 면에 도체 마이크로스트립 라인들을 구비하고, 다른 일면에는 접지된 쉴드(grounded shield)를 구비하는 것이 바람직하다.
여기서, 마이크로스트립 공진기의 출력 파워를 향상시키기 위해, 생성된 전자기파에 대해 최적 위상 관계를 제공하는 구성에서 마이크로스트립 라인과 연결된 일련의 공진 터널링 다이오드들이 동일 기판 위에 위치하는 것이 바람직하다.
여기서, 생성 임계치를 감소시키고, 출력 전력을 증가시키기 위해, 도체 마이크로스트립 라인과 접지된 쉴드(grounded shield)들은 초전도체 물질로 제작되는 것이 바람직하다.
이하에서는 첨부된 예시도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
단일 집적 구조로 설계된 마이크로스트립 공진기는 마이크로스트립라인의 유 전층으로 동시에 사용되는 반절연 기판인 GaAs 위에서 성장되는 양자 우물과 장벽을 갖는 공진 터널링 다이오드 구조를 포함한다. 상기 공진 터널링 구조 및 상기 마이크로스트립라인은 구조물 층의 MBE 성장, 공진 터널링 다이오드의 포토리소그라피 형성, 마이크로스트립 공진기, 상호연결라인 및 접촉 접합부(contact junction)을 포함하는 공통 기술 공정 내에서 제작된다. 본 디바이스의 다양한 변형은 300 GHz(파장 1nm)의 주파수 범위에서 동작하도록 되어 있다.
도 1은 밀리미터 파장 범위용 양자 우물 공진 터널링 제너레이터를 안정화하는 마이크로스트립을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, RTD는 공진 터널링 다이오드, MS는 공진기의 마이크로스트립 라인, SUBST는 마이크로스트립 공진기의 유전체 슬랩(slab)이며, 동시에 공진 터널링 다이오드 헤테로 구조의 기판, L과 D는 마이크로스트립의 길이와 폭, l 1은 마이크로스트립 공진기의 종단과 마이크로스트립 다이오드 스터브 사이의 간격, l 2는 마이크로스트립 공진기의 종단과 마이크로스트립 출력 라인 사이의 간격, W는 종단 커패시터 및 접촉 패드의 크기 규격, d는 마이크로스트립 공진기의 절연체 슬랩의 두께를 나타낸다.
마이크로스트립 공진기의 구조는 유전층의 대향면 상부에 증착되어 도전성 마이크로스트립 라인으로서 역할을 수행하는 하나의 부분과 유전층의 대향면 상부에 증착되어 접지된 쉴드(grounded shield)로서 역할을 수행하는 부분을 포함한다.
도 2a는 공진 터널링 다이오드를 구비한 밀리미터 파장의 제너레이터를 안정화하는 마이크로스트립의 측면도이며, 도 2b는 공진 터널링 다이오드를 구비한 밀 리미터 파장의 제너레이터를 안정화하는 마이크로스트립의 평면도이다.
도 2a 및 도 2b에서, 참조부호 1은 동평면상의 오프셋 접촉 패드를 구비한 공진 터널링 다이오드의 활성 소자 영역, 참조부호 2는 공진기의 마이크로스트립, 참조부호 3은 기저 접지 금속층, 참조부호 4는 마이크로스트립 공진기의 절연체 슬랩, 참조부호 5는 종단 커패시터 및 접촉 패드, 참조부호 6은 출력 마이크로스트립 라인, 참조부호 7은 다이오드 바이어싱을 위한 마이크로스트립 스터브, 참조부호 8은 다이오드 바이어싱을 위한 접촉 패드이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 반 파장 형태의 마이크로스트립 라인은 마이크로파용 직렬 커패시터로 동작하는 넓은 스퀘어 패드에 의해 양끝이 종단된 좁은 도체 스트립으로 패턴화되어 있다. 이들 중 하나는 공진 터널링 다이오드의 dc 바이어스 전압 접촉 패드로서 이용된다. 공진기 스트립 상의 스터브의 끝이 뾰족한 면과 제2 바이어스 전압 접촉 패드의 끝이 뾰족한 면 사이에서 공진 터널링 다이오드는 접속된다. 뾰족한 면(tapers)은 바이어싱 라인들의 기생 인덕턴스를 감소시킨다. 제2 바이어싱 접촉 패드는 바이어스 회로에서 필터 커패시터로서 동시에 동작한다. 마이크로스트립 상의 끝이 뾰족한 스터브는 공진 터널링 다이오드에 의해 부분적으로 장하된 공진기에 대응되는 스퀘어 바이어싱 접촉 패드 근처에 위치하며,공진기에 최적의 Q 팩터를 제공한다.
생성된 마이크로파는 마이크로스트립의 대향단 근처에 위치하는 출력 마이크로스트립 라인을 통해 출력된다. 마이크로스트립의 폭은 마이크로스트립의 길이보다 훨씬 작다. 마이크로스트립의 길이(L)는 λ/2ε 이다. 여기서, ε은 마이크로스 트립 공진기에서 절연층의 고주파수 유전율이다. 300GHz의 발진주파수에서 마이크로스트립의 길이(L)는 ε=11인 경우 150μm이다. 반 파장 형태의 마이크로스트립 공진기의 규격 파라미터들은 기본주파수의 발진을 안정화시키며, 다음의 조건들을 만족시킨다.
D<<L, d<D, D<<W, l 1<L/2, L/2<l 2<L
도 3은 마이크로스트립 공진기와 접속을 제공하는 동평면상의 접촉 시스템을 구비하는 공진 터널링 다이오드 활성 소자의 단면도이다.
도 3에서, 참조부호 10은 공진 터널링 다이오드 헤테로 구조, 참조부호 20은 공진 터널링 다이오드 헤테로 구조 기판인 마이크로스트립 공진기 절연체 슬랩, 참조부호 30은 기저 접지 금속층, 참조부호 40은 다이오드의 상부 접촉(top contact), 참조부호 50은 다이오드의 기저 동평면 오프셋 접촉, 참조부호 60은 다이오드 바이어싱을 위한 접촉 패드, 참조부호 70은 다이오드 바이어싱을 위한 마이크로스트립 라인 스터브, 참조부호 80은 다이오드 헤테로 구조의 내부 옴 접촉(ohmic contact), 참조부호 90은 다이오드 헤테로 구조의 고농도로 도핑된 접촉층, 참조부호 100은 절연 다이오드 헤테로 구조 커버리지(the insulating diode heterostructure coverage)를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 공진 터널링 다이오드는 반절연 갈륨 아르제나이드 기판 상에서 분자 에피택시(molecular epitaxy) 및 포토리소그라피 기술에 의해 제작된다. 공진 터널링 다이오드는 활성 양자 지역(active quantum zone) 안으로 고농도 로 도핑된 접촉층으로부터 불순물 편석(impurity segregation)을 방지하기 위한 스페이서 층(spacer layers)과 전류-전압 커브의 NDC(Negative Differential Conductivity) 영역에서 최소한의 시간 지연을 제공하는 동평면 상의 오프셋 접촉 시스템, 및 고농도로 도핑된 갈륨 아르제나이드와 직경이 5μm 보다 작은 메사(mesa) 위에서 진공에서 증발된 Cr/Au 옴 접촉으로 이루어진 접촉 영역을 포함한다.
본 실시예에서, 활성 영역의 크기 규격은 수 마이크론 정도이다. 공진기 시스템을 연결하는 짧은 길이의 라인들과 제어가능한 공진기 토폴로지(topology)의 결합으로 인한 이러한 낮은 값들은 유도성 파라미터 및 기생 파라미터의 최소 레벨을 제공하고, 기기의 동작 주파수를 증가시킨다.
본 발명에서 제안한 기기의 단일 집적 구조는 기생 인덕턴스 뿐만 아니라 공진 터널링 다이오드 및 공진기와 접속된 전기 회로의 다른 기생 파라미터들의 감소로 인하여 테라헤르쯔 영역에 대해 동작 주파수 범위가 확장되는 장점이 있다.
RTD 메사 구조를 포함하는 단일 집적 시스템으로서의 기기를 제작함에 있어 고정밀 포토리소그라피 기술이 이용되고, 마이크로스트립 공진기 소자들은 비접적 디바이스 제조방법의 경우와 대조적으로 짧은 밀리미터 및 서브-밀리미터 파장 범위에 중요한 제너레이터 소자들에 대해 필요한 레벨의 정밀도를 제공하는 장점이 있다.
공통 유전체 기판 상에 공통 마이크로스트립 라인 내에 포함되는 여러 개의 RTD를 구비하는 단일 집적 멀티 소자 고주파 제너레이터를 설계할 수 있는 장점이 있다.
제안된 기기는 멀티 소자 평면형 집적회로와 양립할 수 있으며, 고주파 집적회로에 병합될 수 있는 장점이 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위에 있게 된다.

Claims (4)

  1. 공진 터널링 반도체 양자 우물 다이오드; 및
    마이크로스트립 공진기를 포함하며,
    상기 공진 터널링 반도체 양자 우물 다이오드와 상기 마이크로스트립 공진기 및 이들을 상호 연결하는 라인들 및 접합부(junction)는 단일 집적 라인들 및 공통 기판 위에서 제작되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 및 서브-밀리미터 파장용 전자기파를 생성하는 양자 우물 공진 터널링 제너레이터를 안정화하는 마이크로스트립.
  2. 제1항에 있어서, 상기 공통 기판은,
    상기 마이크로스트립 공진기의 유전층으로 이용되고, 일 면에 도체 마이크로스트립 라인들을 구비하고, 다른 일면에는 접지된 쉴드(grounded shield)를 구비하는 것을 특징으로 하는 밀리미터 및 서브-밀리미터 파장용 전자기파를 생성하는 양자 우물 공진 터널링 제너레이터를 안정화하는 마이크로스트립.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 마이크로스트립 공진기의 출력 파워를 향상시키기 위해,
    생성된 전자기파에 대해 최적 위상 관계를 제공하는 구성에서 마이크로스트립 라인과 연결된 일련의 공진 터널링 다이오드들이 동일 기판 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 밀리미터 및 서브-밀리미터 파장용 전자기파를 생성하는 양자 우물 공진 터널링 제너레이터를 안정화하는 마이크로스트립.
  4. 제1항에 있어서,
    생성 임계치를 감소시키고, 출력 전력을 증가시키기 위해, 도체 마이크로스트립 라인과 접지된 쉴드(grounded shield)들은 초전도체 물질로 제작되는 것을 특징으로 하는 밀리미터 및 서브-밀리미터 파장용 전자기파를 생성하는 양자 우물 공진 터널링 제너레이터를 안정화하는 마이크로스트립.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002135056A (ja) 2000-10-30 2002-05-10 Kyocera Corp 高周波ダイオード発振器およびそれを用いたミリ波送受信器
KR20020061200A (ko) * 2001-01-15 2002-07-24 엔알디 주식회사 비방사 유전체 도파관을 이용한 국부발진기
KR20020071804A (ko) * 2002-08-10 2002-09-13 엔알디테크 주식회사 세라믹 공진기를 이용한 nrd 가이드 건 발진기 및 주파수 안정화 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5708397A (en) 1993-01-19 1998-01-13 Fujitsu Limited High frequency circuit device with stripline having an adjustable attachment position for varactor diode terminal
JP2002135056A (ja) 2000-10-30 2002-05-10 Kyocera Corp 高周波ダイオード発振器およびそれを用いたミリ波送受信器
KR20020061200A (ko) * 2001-01-15 2002-07-24 엔알디 주식회사 비방사 유전체 도파관을 이용한 국부발진기
KR20020071804A (ko) * 2002-08-10 2002-09-13 엔알디테크 주식회사 세라믹 공진기를 이용한 nrd 가이드 건 발진기 및 주파수 안정화 방법

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