Esistono due tipi principali di DMOS, transistor ad effetto di campo verticale a semiconduttore a ossido di metallo a doppia diffusione VDMOSFET (MOSFET a doppia diffusione verticale) e transistor ad effetto di campo a semiconduttore di ossido di metallo a doppia diffusione laterale LDMOSFET (MOSFET a doppia diffusione laterale). LDMOS è ampiamente adottato perché è più facile essere compatibile con la tecnologia CMOS. LDMOS
LDMOS (semiconduttore di ossido di metallo a diffusione laterale)
LDMOS è un dispositivo di potenza a doppia struttura diffusa. Questa tecnica consiste nell'impiantare due volte nella stessa regione di source/drain, un impianto di arsenico (As) con una concentrazione maggiore (dose tipica di impianto di 1015 cm-2) e un altro impianto di boro (con una concentrazione minore (dose tipica di impianto di 1013 cm-2)). B). Dopo l'impianto, viene eseguito un processo di propulsione ad alta temperatura. Poiché il boro si diffonde più velocemente dell'arsenico, si diffonderà ulteriormente lungo la direzione laterale sotto il confine del gate (pozzetto P nella figura), formando un canale con un gradiente di concentrazione, e la sua lunghezza del canale è determinata dalla differenza tra le due distanze di diffusione laterale . Per aumentare la tensione di rottura, esiste una regione di deriva tra la regione attiva e la regione di pozzo. La regione di deriva in LDMOS è la chiave per la progettazione di questo tipo di dispositivo. La concentrazione di impurità nella regione di deriva è relativamente bassa. Pertanto, quando l'LDMOS è collegato a un'alta tensione, la regione di deriva può sopportare una tensione più elevata a causa della sua elevata resistenza. L'LDMOS policristallino mostrato in Fig. 1 si estende al campo di ossigeno nella regione di deriva e agisce come una piastra di campo, che indebolirà il campo elettrico superficiale nella regione di deriva e contribuirà ad aumentare la tensione di rottura. La dimensione della piastra di campo è strettamente correlata alla lunghezza della piastra di campo [6]. Per rendere la piastra di campo completamente funzionale, è necessario progettare lo spessore dello strato di SiO2 e, in secondo luogo, deve essere progettata la lunghezza della piastra di campo.
Il dispositivo LDMOS ha un substrato e nel substrato sono formate una regione di source e una regione di drain. Uno strato isolante è previsto su una parte del substrato tra le regioni di sorgente e di drenaggio per fornire un'interfaccia piana tra lo strato isolante e la superficie del substrato. Quindi, viene formato un elemento isolante su una parte dello strato isolante e uno strato di porta è formato su una parte dell'elemento isolante e dello strato isolante. Utilizzando questa struttura, si scopre che esiste un percorso di corrente rettilineo, che può ridurre la resistenza all'accensione mantenendo un'elevata tensione di rottura.
Ci sono due differenze principali tra LDMOS e transistor MOS ordinari: 1. Adotta una struttura LDD (o chiamata regione di deriva); 2. Il canale è controllato dalla profondità di giunzione laterale di due diffusioni.
1. Vantaggi di LDMOS
• Eccellente efficienza, che può ridurre il consumo energetico e i costi di raffreddamento
• Eccellente linearità, che può ridurre al minimo la necessità di pre-correzione del segnale
• Ottimizza l'impedenza termica ultrabassa, che può ridurre le dimensioni dell'amplificatore e i requisiti di raffreddamento e migliorare l'affidabilità
• Eccellente capacità di potenza di picco, elevata velocità dati 3G con tasso di errore dati minimo
• Elevata densità di potenza, utilizzando meno pacchetti di transistor
• Induttanza ultrabassa, capacità di feedback e impedenza del gate di stringa, che attualmente consente ai transistor LDMOS di fornire un miglioramento del guadagno di 7 bB sui dispositivi bipolari
• La messa a terra diretta della sorgente migliora il guadagno di potenza ed elimina la necessità di sostanze isolanti BeO o AIN
• Elevato guadagno di potenza alla frequenza GHz, con conseguente minor numero di passaggi di progettazione, progettazione più semplice ed economica (utilizzando transistor di azionamento a basso costo e bassa potenza)
• Eccellente stabilità, grazie alla costante di temperatura della corrente di drenaggio negativa, quindi non è influenzato dalla perdita di calore
• Può tollerare un maggiore disadattamento di carico (VSWR) meglio dei doppi vettori, migliorando l'affidabilità delle applicazioni sul campo
• Eccellente stabilità RF, con uno strato di isolamento integrato tra gate e drain, che può ridurre la capacità di feedback
• Ottima affidabilità nel tempo medio tra i guasti (MTTF)
2. I principali svantaggi di LDMOS
1) Bassa densità di potenza;
2) È facilmente danneggiato dall'elettricità statica. Quando la potenza di uscita è simile, l'area del dispositivo LDMOS è maggiore di quella del tipo bipolare. In questo modo, il numero di die su un singolo wafer è inferiore, il che aumenta il costo dei dispositivi MOSFET (LDMOS). L'area più ampia limita anche la potenza effettiva massima di un dato pacchetto. L'elettricità statica di solito può raggiungere diverse centinaia di volt, il che può danneggiare il gate del dispositivo LDMOS dalla sorgente al canale, quindi sono necessarie misure antistatiche.
In sintesi, i dispositivi LDMOS sono particolarmente adatti per applicazioni che richiedono un'ampia gamma di frequenze, elevata linearità e requisiti di lunga durata come CDMA, W-CDMA, TETRA e televisione digitale terrestre.
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