This thesis describes a planar rectangular spiral inductor with air bridge crossover structure which has been required for the development of a high performance GaAs MMIC.
The inductor was fabricated by the formations of underpass metal, bridge support and bridge metal,where two metallizations were formed by gold plating technique and bridge support was AZ1375 photoresist. The air gap was presumed to be at least 1 um, which could reduce parasitic capacitance at crossover.
Design rules obeyed 'lumped conditions' and the calculation method named 'Expanded Grover Method' which regards total inductance as a sum of self-inductances and mutual-inductances over all the segments in rectangular inductor. The inductor had been designed 6.45 nH up to 1.5 GHz.
Measurements, with preliminary characterization of test jig and compensation of parasitic bonding wire inductance, were made and, from the measurement, the value of the inductance was found to be 5.8 nH ± 0.6 nH up to at least 2GHz. This difference was thought to come from neglecting the effects of image inductance due to grounding conductor and the photolithography error.
Air Bridge Crossover의 구조를 가지는 직각나선형의 MMIC용 인덕터를 설계, 제조, 측정하였다. 1.5GHz까지 단위 인덕터로서 다른 기생 캐패시턴스들의 영향을 무시하고 사용할 수 있으며, 인덕턴스는 6.45nH를 갖도록 설계하였다. 인덕턴스 값을 설계하기 전에 그 인덕턴스가 위의 특성을 만족시키며 만들어 질 수 있는가를 검토하였으며, 1.5GHz에서는 6.7nH까지의 인덕턴스가 얻어질 수 있음을 알 수 있었다. 이의 검토 기준은 이론적으로 예측되어 사용되고 있는, 주어진 인덕턴스와 그것의 자체적인 발진 주파수와의 관계로 부터 나온다. 인덕터가 다른 기생 캐패시턴스의 영향을 무시하고 사용될 수 있는 최대 동작 주파수는 자체적인 발진 주파수의 40%를 넘지 않는다는 설계규칙을 이용하여 검토하였다. 인덕턴스의 설계는 총 인덕턴스를 직각나선형 인덕터의 모든 선분들의 자기인덕턴스와 선분들 간의 모든 가능한 상호인덕턴스의 합으로 표시하는 Expanded Grover Method을 이용한 프로그램으로 쉽게 구할 수 있었다. 6.45nH를 설계한 후, 선분들의 길이의 총합이 GaAs 기판상에서의 1.5GHz에 대한 등가파장의 0.1배보다 크지 않도록 하여, 단위 인덕터인가를 검토한다.
단, 설계시 접지도체에 의한 영상인덕턴스는 고려되지 않았다.
인덕터의 제조공정은 반절연 GaAs 기판 위에 한 번의 금속박막 형성에 의해, 인덕터의 중심으로부터 하나의 외부 PAD까지를 형성시키고, Air Bridge Support PR를 가하고, 그 위에 두번째 금속박막을 형성하는 것으로 이루어진다. 두 번의 박막형성은 gold plating에 의해 만들어 졌으며, 각각 0.5-1um, 1.5-2.5um로 추정된다. Air Bridge Support PR로는 AZ 1375가 사용되었으며, 2.5-3um의 두께가 얻어진다. 완성된 Air Bridge 의 Air Gap은 적어도 1 um 정도라 추정된다.
인덕턴스의 측정은 test jig상에서 calibration된 Automatic Network Analyzer를 이용하여 45 MHz에서 2.045 GHz까지의 주파수에서 반사계수를 측정하고, 이 값으로부터 jig의 특성을 뺀 인덕터 자체의 50 ohm 전송선에 대한 반사계수를 구함으로써 이루어진다.(Deembeding) Bonding wire 및 Jig와 Deembeding Model간의 부정합의 영향을 보상해 준 결과, 5.8±0.6nH의 측정치가 얻어졌다.
