LDMOS結(jié)構(gòu)/優(yōu)點(diǎn)

LDMOS( Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor)橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體)是為900MHz蜂窩電話技術(shù)開發(fā)的，蜂窩通信市場的不斷增長保證了LDMOS晶體管的應(yīng)用，也使得LDMOS的技術(shù)不斷成熟，成本不斷降低，因此今后在多數(shù)情況下它將取代雙極型晶體管技術(shù)。與雙極型晶體管相比,LDMOS管的增益更高，LDMOS管的增益可達(dá)14dB以上，而雙極型晶體管在5~6dB,采用LDMOS管的PA模塊的增益可達(dá)60dB左右。這表明對于相同的輸出功率需要更少的器件，從而增大功放的可靠性。

　　LDMOS能經(jīng)受住高于雙極型晶體管3倍的駐波比，能在較高的反射功率下運(yùn)行而沒有破壞LDMOS設(shè)備;它較能承受輸入信號的過激勵(lì)和適合發(fā)射數(shù)字信號，因?yàn)樗懈呒壍乃矔r(shí)峰值功率。LDMOS增益曲線較平滑并且允許多載波數(shù)字信號放大且失真較小。LDMOS管有一個(gè)低且無變化的互調(diào)電平到飽和區(qū)，不像雙極型晶體管那樣互調(diào)電平高且隨著功率電平的增加而變化。這種主要特性允許LDMOS晶體管執(zhí)行高于雙極型晶體管二倍的功率，且線性較好。LDMOS晶體管具有較好的溫度特性溫度系數(shù)是負(fù)數(shù)，因此可以防止熱耗散的影響。這種溫度穩(wěn)定性允許幅值變化只有0.1dB，而在有相同的輸入電平的情況下，雙極型晶體管幅值變化從0.5~0.6dB,且通常需要溫度補(bǔ)償電路。

　　LDMOS由于更容易與CMOS工藝兼容而被廣泛采用。LDMOS器件結(jié)構(gòu)如圖1所示，LDMOS是一種雙擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的功率器件。這項(xiàng)技術(shù)是在相同的源/漏區(qū)域注入兩次，一次注入濃度較大(典型注入劑量 1015cm-2)的砷(As)，另一次注入濃度較小(典型劑量1013cm-2)的硼(B)。注入之后再進(jìn)行一個(gè)高溫推進(jìn)過程，由于硼擴(kuò)散比砷快，所以在柵極邊界下會(huì)沿著橫向擴(kuò)散更遠(yuǎn)(圖中P阱)，形成一個(gè)有濃度梯度的溝道，它的溝道長度由這兩次橫向擴(kuò)散的距離之差決定。為了增加擊穿電壓，在有源區(qū)和漏區(qū)之間有一個(gè)漂移區(qū)。LDMOS中的漂移區(qū)是該類器件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度比較低，因此，當(dāng)LDMOS 接高壓時(shí)，漂移區(qū)由于是高阻，能夠承受更高的電壓。圖1所示LDMOS的多晶擴(kuò)展到漂移區(qū)的場氧上面，充當(dāng)場極板，會(huì)弱化漂移區(qū)的表面電場，有利于提高擊穿電壓。場極板的作用大小與場極板的長度密切相關(guān)。要使場極板能充分發(fā)揮作用，一要設(shè)計(jì)好SiO2層的厚度，二要設(shè)計(jì)好場極板的長度。

　　LDMOS制造工藝結(jié)合了BPT和砷化鎵工藝。與標(biāo)準(zhǔn)MOS工藝不同的是，在器件封裝上，LDMOS沒有采用BeO氧化鈹隔離層，而是直接硬接在襯底上，導(dǎo)熱性能得到改善，提高了器件的耐高溫性，大大延長了器件壽命。由于LDMOS管的負(fù)溫效應(yīng)，其漏電流在受熱時(shí)自動(dòng)均流，而不會(huì)象雙極型管的正溫度效應(yīng)在收集極電流局部形成熱點(diǎn)，從而管子不易損壞。所以LDMOS管大大加強(qiáng)了負(fù)載失配和過激勵(lì)的承受能力。同樣由于LDMOS管的自動(dòng)均流作用，其輸入-輸出特性曲線在1dB 壓縮點(diǎn)(大信號運(yùn)用的飽和區(qū)段)下彎較緩，所以動(dòng)態(tài)范圍變寬，有利于模擬和數(shù)字電視射頻信號放大。LDMOS在小信號放大時(shí)近似線性，幾乎沒有交調(diào)失真，很大程度簡化了校正電路。MOS器件的直流柵極電流幾乎為零，偏置電路簡單，無需復(fù)雜的帶正溫度補(bǔ)償?shù)挠性吹妥杩蛊秒娐贰?/P>

　　對LDMOS而言，外延層的厚度、摻雜濃度、漂移區(qū)的長度是其最重要的特性參數(shù)。我們可以通過增加漂移區(qū)的長度以提高擊穿電壓，但是這會(huì)增加芯片面積和導(dǎo)通電阻。高壓DMOS器件耐壓和導(dǎo)通電阻取決于外延層的濃度、厚度及漂移區(qū)長度的折中選擇。因?yàn)槟蛪汉蛯?dǎo)通阻抗對于外延層的濃度和厚度的要求是矛盾的。高的擊穿電壓要求厚的輕摻雜外延層和長的漂移區(qū)，而低的導(dǎo)通電阻則要求薄的重?fù)诫s外延層和短的漂移區(qū)，因此必須選擇最佳外延參數(shù)和漂移區(qū)長度，以便在滿足一定的源漏擊穿電壓的前提下，得到最小的導(dǎo)通電阻。

　　LDMOS在以下方面具有出眾的性能：

　　1.熱穩(wěn)定性;2.頻率穩(wěn)定性;3.更高的增益;4.提高的耐久性;5.更低的噪音;6.更低的反饋電容;7.更簡單的偏流電路;8.恒定的輸入阻抗;9.更好的IMD性能;10.更低的熱阻;11.更佳的AGC能力。LDMOS器件特別適用于CDMA、W-CDMA、TETRA、數(shù)字地面電視等需要寬頻率范圍、高線性度和使用壽命要求高的應(yīng)用。

　　LDMOS 初期主要面向移動(dòng)電話基站的 RF 功率放大器，也可以應(yīng)用于 HF、VHF 與 UHF 廣播傳輸器以及微波雷達(dá)與導(dǎo)航系統(tǒng)等等。凌駕于所有 RF 功率技術(shù)，側(cè)面擴(kuò)散 MOS (LDMOS, Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor) 晶體管技術(shù)為新一代基站放大器帶來較高的功率峰均比 (PAR, Peak-to-Aerage)、更高增益與線性度，同時(shí)為多媒體服務(wù)帶來更高的數(shù)據(jù)傳輸率。此外，卓越的效能也隨著效率以及功率密度持續(xù)不斷地提升。過去四年來，飛利浦第二代 0.8 微米 LDMOS 技術(shù)在 GSM、EDGE 與 CDMA 系統(tǒng)上擁有耀眼的效能與穩(wěn)定的批量生產(chǎn)能力，現(xiàn)階段為了滿足多載波功率放大器 (MCPA) 與 W-CDMA 標(biāo)準(zhǔn)的需求，還提供了更新的 LDMOS 技術(shù)。

　　飛利浦第三代 0.8 微米超低失真 LDMOS 技術(shù)采用非統(tǒng)一參雜 (doping) 方式，稱之為分散 Vt 概念，與傳統(tǒng)的 LDMOS 比較，補(bǔ)償線性提升了 5 到 8dB，使得這項(xiàng)技術(shù)特別適合應(yīng)用于 3G 基站內(nèi)的 MCPA 驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)比上一代 LDMOS 產(chǎn)品的功率增益要高 2 dB。

　　飛利浦第四代 LDMOS 技術(shù)將效能進(jìn)一步提升，這種新型的 0.6 微米工藝提升了 50% 的功率密度以及 6 % 到 8 % 的 W-CDMA 效率，功率增益則也比先前的 0.8 微米技術(shù)提高了 2 dB。

　　飛利浦的第五代 LDMOS 技術(shù)將效能提升到全新的境界，它為 W-CDMA 放大器效率奠定了新標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)提供所有移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn)的主要優(yōu)勢，例如 0.4 微米工藝技術(shù)為 W-CDMA 帶來超過 30% 的效率，并為 PCS/DCS 帶來 17dB 的增益，此外，低記憶效應(yīng)也可以使用最新的數(shù)字預(yù)失真 (DPD, Pre-Distortion) 系統(tǒng)，高線性度則可以改善多載波功率放大器。我們的第五代技術(shù)同時(shí)也將熱阻抗由第四代的 0.76 降低到 0.5 K/W，這將可以提升可靠度、縮小基站的尺寸并節(jié)省功率與冷卻成本，第五代的 LDMOS 比第四代高了 20% 的功率密度，讓我們能夠推出在單端式封裝上達(dá) 150W CW 運(yùn)作的器件。

　　我們的第五代 LDMOS 采用專利的四層金屬堆棧來進(jìn)一步提升可靠度與平均無故障時(shí)間 (MTTF)，而寬厚的 AlCu 金屬化方式也比傳統(tǒng)的 LDMOS 在相同 MTTF 下高了 25°C 的接點(diǎn)溫度運(yùn)作，如果使用于 160°C 的標(biāo)準(zhǔn)晶體管接點(diǎn)溫度上，這項(xiàng)技術(shù)比傳統(tǒng) W-CDMA 運(yùn)作應(yīng)用的 LDMOS 可靠度高上四倍，MTTF 將超過 1000 年。