LDMOS (Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor) è sviluppato per la tecnologia dei telefoni cellulari a 900MHz. La continua crescita del mercato delle comunicazioni cellulari garantisce l'applicazione dei transistor LDMOS e fa sì che la tecnologia LDMOS continui a maturare e i costi continuino a diminuire, quindi sostituirà la tecnologia dei transistor bipolari nella maggior parte dei casi in futuro. Rispetto ai transistor bipolari, il guadagno dei tubi LDMOS è maggiore. Il guadagno dei tubi LDMOS può raggiungere più di 14dB, mentre quello dei transistor bipolari è di 5~6dB. Il guadagno dei moduli PA che utilizzano tubi LDMOS può raggiungere circa 60 dB. Ciò dimostra che sono necessari meno dispositivi per la stessa potenza di uscita, aumentando così l'affidabilità dell'amplificatore di potenza.
LDMOS può sopportare un rapporto d'onda stazionaria tre volte superiore a quello di un transistor bipolare e può funzionare a una potenza riflessa più elevata senza distruggere il dispositivo LDMOS; può sopportare la sovraeccitazione del segnale di ingresso ed è adatto alla trasmissione di segnali digitali, perché ha una potenza di picco istantanea avanzata. La curva di guadagno LDMOS è più uniforme e consente l'amplificazione del segnale digitale multi-portante con meno distorsione. Il tubo LDMOS ha un livello di intermodulazione basso e invariato alla regione di saturazione, a differenza dei transistor bipolari che hanno un livello di intermodulazione elevato e cambiano con l'aumento del livello di potenza. Questa caratteristica principale consente ai transistor LDMOS di eseguire il doppio della potenza rispetto ai transistor bipolari con una migliore linearità. I transistor LDMOS hanno caratteristiche di temperatura migliori e il coefficiente di temperatura è negativo, quindi è possibile prevenire l'influenza della dissipazione del calore. Questo tipo di stabilità della temperatura consente che la variazione di ampiezza sia solo di 0.1 dB e, a parità di livello di ingresso, l'ampiezza del transistor bipolare varia da 0.5 a 0.6 dB e di solito è necessario un circuito di compensazione della temperatura.
Caratteristiche della struttura LDMOS e vantaggi di utilizzo
LDMOS è ampiamente adottato perché è più facile essere compatibile con la tecnologia CMOS. La struttura del dispositivo LDMOS è mostrata in Figura 1. LDMOS è un dispositivo di potenza con una struttura a doppia diffusione. 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. L'effetto del piatto di campo è strettamente correlato alla lunghezza del piatto di campo. 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 processo di produzione LDMOS combina processi BPT e arseniuro di gallio. Diverso dal processo MOS standard, iNella confezione del dispositivo, LDMOS non utilizza uno strato isolante di ossido di berillio BeO, ma è cablato direttamente sul substrato. La conduttività termica è migliorata, la resistenza alle alte temperature del dispositivo è migliorata e la durata del dispositivo è notevolmente estesa. . A causa dell'effetto negativo della temperatura del tubo LDMOS, la corrente di dispersione viene livellata automaticamente quando riscaldata e l'effetto positivo della temperatura del tubo bipolare non forma un punto caldo locale nella corrente del collettore, in modo che il tubo non venga facilmente danneggiato. Quindi il tubo LDMOS rafforza notevolmente la capacità portante del disadattamento del carico e della sovraeccitazione. Anche a causa dell'effetto di condivisione automatica della corrente del tubo LDMOS, la sua curva caratteristica di ingresso-uscita curva lentamente al punto di compressione di 1 dB (sezione di saturazione per applicazioni di segnale di grandi dimensioni), quindi la gamma dinamica viene ampliata, il che favorisce l'amplificazione dell'analogico e segnali RF della TV digitale. LDMOS è approssimativamente lineare quando amplifica piccoli segnali con quasi nessuna distorsione di intermodulazione, il che semplifica notevolmente il circuito di correzione. La corrente di gate CC del dispositivo MOS è quasi zero, il circuito di polarizzazione è semplice e non è necessario un complesso circuito di polarizzazione attivo a bassa impedenza con compensazione della temperatura positiva.
Per LDMOS, lo spessore dello strato epitassiale, la concentrazione di drogaggio e la lunghezza della regione di deriva sono i parametri caratteristici più importanti. Possiamo aumentare la tensione di rottura aumentando la lunghezza della regione di deriva, ma questo aumenterà l'area del chip e la resistenza. La tensione di tenuta e la resistenza di accensione dei dispositivi DMOS ad alta tensione dipendono da un compromesso tra la concentrazione e lo spessore dello strato epitassiale e la lunghezza della regione di deriva. Poiché la tensione di tenuta e la resistenza all'accensione hanno requisiti contraddittori per la concentrazione e lo spessore dello strato epitassiale. Un'elevata tensione di rottura richiede uno spesso strato epitassiale leggermente drogato e una regione di deriva lunga, mentre una bassa resistenza all'accensione richiede uno strato epitassiale sottile e fortemente drogato e una regione di deriva corta. Pertanto, i migliori parametri epitassiali e la regione di deriva devono essere selezionati Lunghezza al fine di ottenere la più piccola resistenza all'accensione con la premessa di soddisfare una certa tensione di rottura source-drain.
LDMOS ha prestazioni eccezionali nei seguenti aspetti:
1. Stabilità termica; 2. Stabilità di frequenza; 3. Guadagno maggiore; 4. Durata migliorata; 5. Rumore più basso; 6. Capacità di retroazione inferiore; 7. Circuito di corrente di polarizzazione più semplice; 8 . Impedenza di ingresso costante; 9. Migliori prestazioni IMD; 10. Resistenza termica inferiore; 11. Migliore capacità di AGC. I dispositivi LDMOS sono particolarmente adatti per CDMA, W-CDMA, TETRA, televisione digitale terrestre e altre applicazioni che richiedono un'ampia gamma di frequenze, elevata linearità e requisiti di lunga durata.
LDMOS è stato utilizzato principalmente per amplificatori di potenza RF nelle stazioni base di telefoni cellulari nei primi giorni e può essere applicato anche a trasmettitori di trasmissione HF, VHF e UHF, radar a microonde e sistemi di navigazione e così via. Superando tutte le tecnologie di potenza RF, la tecnologia dei transistor a semiconduttore ad ossido di metallo a diffusione laterale (LDMOS) offre un rapporto picco-media di potenza più elevato (PAR, picco-aerage), un guadagno e una linearità più elevati alla nuova generazione di amplificatori per stazioni base Allo stesso tempo, porta una maggiore velocità di trasmissione dei dati per i servizi multimediali. Inoltre, le prestazioni eccellenti continuano ad aumentare con l'efficienza e la densità di potenza. Negli ultimi quattro anni, la tecnologia LDMOS da 0.8 micron di seconda generazione di Philips ha ottenuto prestazioni sorprendenti e una capacità di produzione di massa stabile sui sistemi GSM, EDGE e CDMA. In questa fase, per soddisfare i requisiti degli amplificatori di potenza multiportante (MCPA) e degli standard W-CDMA, viene fornita anche una tecnologia LDMOS aggiornata.
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