LDMOS (Semiconductor cu oxid de metal difuzat lateral) este dezvoltat pentru tehnologia telefoanelor celulare de 900 MHz. Creșterea continuă a pieței comunicațiilor celulare asigură aplicarea tranzistoarelor LDMOS și, de asemenea, face ca tehnologia LDMOS să continue să se maturizeze și costurile să scadă, deci va înlocui tehnologia tranzistorului bipolar în majoritatea cazurilor în viitor. În comparație cu tranzistoarele bipolare, câștigul tuburilor LDMOS este mai mare. Câștigul tuburilor LDMOS poate atinge mai mult de 14dB, în timp ce cel al tranzistoarelor bipolare este de 5 ~ 6dB. Câștigul modulelor PA care utilizează tuburi LDMOS poate ajunge la aproximativ 60dB. Acest lucru arată că sunt necesare mai puține dispozitive pentru aceeași putere de ieșire, crescând astfel fiabilitatea amplificatorului de putere.
LDMOS poate rezista la un raport de undă staționară de trei ori mai mare decât cel al unui tranzistor bipolar și poate funcționa la o putere reflectată mai mare fără a distruge dispozitivul LDMOS; poate rezista supra-excitației semnalului de intrare și este potrivit pentru transmiterea semnalelor digitale, deoarece are o putere de vârf instantanee avansată. Curba de câștig LDMOS este mai lină și permite amplificarea semnalului digital cu mai multe purtătoare cu mai puțină distorsiune. Tubul LDMOS are un nivel de intermodulare scăzut și neschimbat în regiunea de saturație, spre deosebire de tranzistoarele bipolare care au un nivel ridicat de intermodulare și se schimbă odată cu creșterea nivelului de putere. Această caracteristică principală permite tranzistoarelor LDMOS să efectueze de două ori mai multă putere decât tranzistoarele bipolare cu o liniaritate mai bună. Tranzistoarele LDMOS au caracteristici de temperatură mai bune, iar coeficientul de temperatură este negativ, astfel încât influența disipării căldurii poate fi prevenită. Acest tip de stabilitate la temperatură permite ca modificarea amplitudinii să fie de numai 0.1 dB și, în cazul aceluiași nivel de intrare, amplitudinea tranzistorului bipolar se schimbă de la 0.5 la 0.6 dB și este de obicei necesar un circuit de compensare a temperaturii.
Caracteristicile structurii LDMOS și avantajele utilizării
LDMOS este adoptat pe scară largă, deoarece este mai ușor să fie compatibil cu tehnologia CMOS. Structura dispozitivului LDMOS este prezentată în Figura 1. LDMOS este un dispozitiv de alimentare cu o structură dublă difuzată. Această tehnică constă în implantarea de două ori în aceeași regiune sursă / drenaj, o implantare de arsenic (As) cu o concentrație mai mare (doză tipică de implantare de 1015cm-2) și o altă implantare de bor (cu o concentrație mai mică (doză tipică de implantare de 1013cm-2)). B). După implantare, se efectuează un proces de propulsie la temperaturi ridicate. Deoarece borul difuzează mai repede decât arsenicul, acesta se va difuza mai departe de-a lungul direcției laterale sub limita porții (godeul P din figură), formând un canal cu un gradient de concentrație și lungimea canalului său Determinată de diferența dintre cele două distanțe de difuzie laterale . Pentru a crește tensiunea de avarie, există o regiune de derivare între regiunea activă și regiunea de scurgere. Regiunea de deriva în LDMOS este cheia pentru proiectarea acestui tip de dispozitiv. Concentrația de impurități în regiunea de derivare este relativ scăzută. Prin urmare, atunci când LDMOS este conectat la o tensiune înaltă, regiunea de drift poate rezista la o tensiune mai mare datorită rezistenței sale ridicate. LDMOS policristalin prezentat în Fig. 1 se extinde la câmpul de oxigen din regiunea de drift și acționează ca o placă de câmp, care va slăbi câmpul electric de suprafață din regiunea de drift și va ajuta la creșterea tensiunii de rupere. Efectul plăcii de câmp este strâns legat de lungimea plăcii de câmp. Pentru ca placa de câmp să fie complet funcțională, trebuie să proiectați grosimea stratului de SiO2 și, în al doilea rând, trebuie proiectată lungimea plăcii de câmp.
Procesul de fabricație LDMOS combină procesele BPT și arsenură de galiu. Diferit de procesul MOS standard, in ambalajul dispozitivului, LDMOS nu folosește un strat de izolare a oxidului de beriliu BeO, ci este direct cablat pe suport. Conductivitatea termică este îmbunătățită, rezistența la temperaturi ridicate a dispozitivului este îmbunătățită, iar durata de viață a dispozitivului este mult extinsă. . Datorită efectului negativ de temperatură al tubului LDMOS, curentul de scurgere este egalizat automat atunci când este încălzit, iar efectul pozitiv de temperatură al tubului bipolar nu formează un punct fierbinte local în curentul colectorului, astfel încât tubul să nu fie ușor deteriorat. Astfel, tubul LDMOS întărește foarte mult capacitatea portantă a nepotrivirii sarcinii și a supraexcitării. De asemenea, datorită efectului de partajare automată a curentului tubului LDMOS, curba caracteristică de intrare-ieșire se curbează lent la punctul de compresie de 1 dB (secțiunea de saturație pentru aplicații de semnal mare), astfel încât gama dinamică este lărgită, ceea ce este favorabil amplificării analogice și semnale TV digitale RF. LDMOS este aproximativ liniar la amplificarea semnalelor mici, cu aproape nici o distorsiune de intermodulare, ceea ce simplifică într-o mare măsură circuitul de corecție. Curentul de poartă DC al dispozitivului MOS este aproape zero, circuitul de polarizare este simplu și nu este nevoie de un circuit complex de polarizare activ cu impedanță scăzută, cu compensare pozitivă a temperaturii.
Pentru LDMOS, grosimea stratului epitaxial, concentrația de dopaj și lungimea regiunii de derivare sunt cei mai importanți parametri caracteristici. Putem crește tensiunea de avarie prin creșterea lungimii regiunii de derivare, dar acest lucru va crește aria cipului și rezistența la pornire. Tensiunea de rezistență și rezistența la pornire a dispozitivelor DMOS de înaltă tensiune depind de un compromis între concentrația și grosimea stratului epitaxial și lungimea regiunii de derivare. Deoarece tensiunea de rezistență și rezistența la pornire au cerințe contradictorii pentru concentrația și grosimea stratului epitaxial. O tensiune de avarie ridicată necesită un strat epitaxial gros dopat ușor și o regiune de deriva lungă, în timp ce o rezistență scăzută la pornire necesită un strat epitaxial subțire puternic dopat și o regiune de derivare scurtă. Prin urmare, trebuie selectați cei mai buni parametri epitaxiali și regiunea de derivare Lungime pentru a obține cea mai mică rezistență la pornire sub premisa îndeplinirii unei anumite tensiuni de defectare a sursei de scurgere.
LDMOS are performanțe remarcabile în următoarele aspecte:
1. Stabilitate termică; 2. Stabilitatea frecvenței; 3. Câștig mai mare; 4. Durabilitate îmbunătățită; 5. Zgomot mai mic; 6. Capacitate de feedback mai mică; 7. Circuit curent de polarizare mai simplu; 8. Impedanță constantă de intrare; 9. Performanță IMD mai bună; 10. Rezistență termică mai mică; 11. Capacitate AGC mai bună. Dispozitivele LDMOS sunt potrivite în special pentru CDMA, W-CDMA, TETRA, televiziune digitală terestră și alte aplicații care necesită o gamă largă de frecvențe, liniaritate ridicată și cerințe de viață ridicate.
LDMOS a fost utilizat în principal pentru amplificatoarele de putere RF în stațiile de bază ale telefoanelor mobile în primele zile și poate fi aplicat și transmițătorilor de transmisie HF, VHF și UHF, radarelor cu microunde și sistemelor de navigație etc. Depășind toate tehnologiile de putere RF, tehnologia tranzistorului cu oxid de metal difuzat lateral (LDMOS) aduce un raport de vârf-la-medie (PAR, vârf-la-aeraj) mai mare, câștig și liniaritate mai mari la noua generație de amplificatoare de stație de bază. timp, aduce o rată mai mare de transmitere a datelor pentru serviciile multimedia. În plus, performanța excelentă continuă să crească odată cu eficiența și densitatea puterii. În ultimii patru ani, a doua generație a tehnologiei LDMOS de 0.8 microni de la Philips are o performanță orbitoare și o capacitate stabilă de producție în masă pe sistemele GSM, EDGE și CDMA. În această etapă, pentru a îndeplini cerințele amplificatoarelor de putere multi-purtătoare (MCPA) și a standardelor W-CDMA, este furnizată și o tehnologie LDMOS actualizată.
