본 연구에서는 분포형 4포트 전송선 회로 모델을 이용하여 표면 탄성파 공진기의 물리적 거동을 정식화한다. 표면 탄성파의 전파 손실은 주파수에 따라 변하는 회로 모델 파라미터(즉, 저항, 도전율, 감쇠)를 기반으로 모델링한다. 또한 금속 핑거에서 발생하는 손실과 벌크 기판으로의 누설로 인한 손실은 각각 직렬 저항과 주파수에 따라 변하는 병렬 도전율을 통해 모델링한다. 더불어 고주파의 원치 않는(스푸리어스) 공진의 감쇠는 주파수에 따라 변하는 감쇠 계수를 사용하여 모델링한다. 제안된 모델의 타당성은 42°YX-LiTaO3(압전 기판) 위에 제작한 시험용 필터로 검증하였다. 제안된 모델을 사용해 계산한 S-파라미터는 웨이퍼 수준에서 측정한 실험적 S-파라미터와 우수한 일치성을 보였다.

불규칙하고 비주기적인 격자 구조를 갖는 표면탄성파(interdigital transducers, SAW IDTs)의 물리적 특성을 조사한다. 42^∘YX-LiTaO₃(압전 기판)에 제작된 다양한 시험용 SAW IDT 소기에 대해, 광대역 주파수 대역에서 웨이퍼-레벨 디임베딩 기법을 사용하여 S-파라미터를 측정한다. 비주기적이거나 비대칭인 SAW IDT 장치의 물리적 거동에 대한 음향파 전파 모델 파라미터는 주파수 변동 및 격자 레이아웃 의존 파라미터의 관점에서 규정되지만 상수는 아니다. 제안된 기법을 기반으로 한 수치 계산이 실험 데이터와 우수한 일치성을 보임을 입증한다.

새로운 통합 무선주파수(RF) 듀플렉서 설계 방법을 제시한다. 대역통과필터(BPF)의 스커트 특성을 개선하고 통합 RF 듀플렉서의 다이 면적을 줄이기 위해, 반응성 반사체를 갖는 비대칭 두 개의 표면탄성파(SAW) 인터디지털 트랜스듀서(IDT)를 효율적으로 합성할 수 있는 새로운 복합 공진기 설계 기법을 개발하였다. 이 기법을 통합 RF 듀플렉서의 설계에 적용하면, 이전에 가능했던 것보다 훨씬 더 작은 다이 면적에서 훨씬 더 날카로운 공진 천이 특성을 달성할 수 있다. 제안된 기법의 타당성을 검증하기 위해, LiTaO₃ 기판을 사용하여 두 가지 대표적인 SAW 공정 기술(기존 SAW 및 박막(TF)-SAW)로 여러 개의 시험 공진기와 듀플렉서를 설계하고 제작하였다. 실험 결과, BPF의 스커트 특성은 15% 개선되었고, 시험 듀플렉서의 다이 면적은 20% 감소함을 보였다.

본 연구에서는 분포형 4포트 전송선 회로 모델을 이용하여 표면 탄성파 공진기의 물리적 거동을 정식화한다. 표면 탄성파의 전파 손실은 주파수에 따라 변하는 회로 모델 파라미터(즉, 저항, 도전율, 감쇠)를 기반으로 모델링한다. 또한 금속 핑거에서 발생하는 손실과 벌크 기판으로의 누설로 인한 손실은 각각 직렬 저항과 주파수에 따라 변하는 병렬 도전율을 통해 모델링한다. 더불어 고주파의 원치 않는(스푸리어스) 공진의 감쇠는 주파수에 따라 변하는 감쇠 계수를 사용하여 모델링한다. 제안된 모델의 타당성은 42°YX-LiTaO3(압전 기판) 위에 제작한 시험용 필터로 검증하였다. 제안된 모델을 사용해 계산한 S-파라미터는 웨이퍼 수준에서 측정한 실험적 S-파라미터와 우수한 일치성을 보였다.

불규칙하고 비주기적인 격자 구조를 갖는 표면탄성파(interdigital transducers, SAW IDTs)의 물리적 특성을 조사한다. 42^∘YX-LiTaO₃(압전 기판)에 제작된 다양한 시험용 SAW IDT 소기에 대해, 광대역 주파수 대역에서 웨이퍼-레벨 디임베딩 기법을 사용하여 S-파라미터를 측정한다. 비주기적이거나 비대칭인 SAW IDT 장치의 물리적 거동에 대한 음향파 전파 모델 파라미터는 주파수 변동 및 격자 레이아웃 의존 파라미터의 관점에서 규정되지만 상수는 아니다. 제안된 기법을 기반으로 한 수치 계산이 실험 데이터와 우수한 일치성을 보임을 입증한다.

새로운 통합 무선주파수(RF) 듀플렉서 설계 방법을 제시한다. 대역통과필터(BPF)의 스커트 특성을 개선하고 통합 RF 듀플렉서의 다이 면적을 줄이기 위해, 반응성 반사체를 갖는 비대칭 두 개의 표면탄성파(SAW) 인터디지털 트랜스듀서(IDT)를 효율적으로 합성할 수 있는 새로운 복합 공진기 설계 기법을 개발하였다. 이 기법을 통합 RF 듀플렉서의 설계에 적용하면, 이전에 가능했던 것보다 훨씬 더 작은 다이 면적에서 훨씬 더 날카로운 공진 천이 특성을 달성할 수 있다. 제안된 기법의 타당성을 검증하기 위해, LiTaO₃ 기판을 사용하여 두 가지 대표적인 SAW 공정 기술(기존 SAW 및 박막(TF)-SAW)로 여러 개의 시험 공진기와 듀플렉서를 설계하고 제작하였다. 실험 결과, BPF의 스커트 특성은 15% 개선되었고, 시험 듀플렉서의 다이 면적은 20% 감소함을 보였다.

이 논문에서는 결합 전송선에 대한 새로운 실험적 특성화 기법을 제시한다. 두 개의 결합된 선 사이의 전자기적 결합을 각각 개별적으로 특성화할 수 있는 세 가지 특정 실험 시험 패턴(E-, F-, 및 G-형 구조)을 0.18-μm CMOS 공정을 사용하여 동일 웨이퍼 위에 개발하고 제작하였다. 고안된 시험 패턴은 2포트 네트워크이므로, 널리 알려진 2포트 네트워크 특성화 기법을 활용할 수 있다. 세 가지 2포트 시험 패턴과 관련된 전송선 모델 파라미터(즉, 전파 상수 및 특성 임피던스)는 측정된 S-파라미터로부터 직접 결정되며, 이어서 두 결합 선에 대한 회로 모델 파라미터(R, L, C 및 G)를 도출한다. 엄밀한 장비 캘리브레이션 및 디임베딩(deembedding) 없이 기생 효과를 처리할 경우, 4포트 네트워크 S-파라미터 측정을 이용한 두 결합 선의 실험적 특성화는 기생 공진으로 인해 10 GHz 이상에서 물리적으로 모호한 데이터를 산출할 수 있는 반면, 제안된 기법은 광대역 주파수 범위에서 안정적이고 정확한 네트워크 파라미터를 결정할 수 있다. 제안 기법의 타당성을 추가로 뒷받침하기 위해, 3-D 수치 계산 및 저주파 정전용량 측정으로 얻은 데이터와 비교하였다.

이 논문에서는 유기 기판 상에 제작된 결합 전송선에 대한 새로운 실험적 특성화 기법을 제시한다. 유기 기판 상에 제작된 전송선의 고주파 특성화는 기생 공진 때문에 매우 어렵다. 본 연구에서는 물리적 회로 모델과 실험적 특성화를 결합하여 기생 공진 효과를 제거하였다. 제안된 기법을 사용하여 재구성한 결합 전송선 파라미터를 벡터 네트워크 분석기(VNA)를 이용한 측정 데이터와 비교하였으며, 비교 범위는 10 MHz부터 40 GHz까지이다. S-파라미터 측정 데이터로부터 얻은 전송선 파라미터는 외부 잡음에 의해 과도하게 오염되는 반면, 제안된 기법을 사용하면 기생 효과를 효과적으로 제거할 수 있다.

마이크로스트립 전송선에 널리 사용되는 혼합 유기 재료의 복소 유전율을 실험적으로 조사한다. 서로 다른 두 가지 유전체 재료로 구성된 마이크로스트립 전송선 시험 패턴을 유기 기판 위에 제작한다. 광대역 주파수에 걸친 복소 유전율을 추출하기 위해, 벡터 네트워크 분석기(VNA)로 10 MHz부터 40 GHz까지 측정한 S-파라미터를 이용하여 단위 길이당(PUL) 정전용량과 도전율을 구한다. 혼합 유기 재료에서 규명된 복소 유전율의 물리적 타당성을 보이기 위해, 파동 전파 인자를 계산하고 명목값 및 측정값과 비교한다. 본 논문에서 특성화한 복소 유전율은 고주파에서의 전송선 손실을 정확하게 반영하는 것으로 나타난다.