LDMOS結構特點(diǎn)和使用優(yōu)勢

LDMOS( Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor)橫向擴散金屬氧化物半導體)是為900MHz蜂窩電話(huà)技術(shù)開(kāi)發(fā)的，蜂窩通信市場(chǎng)的不斷增長(cháng)保證了LDMOS晶體管的應用，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行而沒(méi)有破壞LDMOS設備;它較能承受輸入信號的過(guò)激勵和適合發(fā)射數字信號，因為它有高級的瞬時(shí)峰值功率。LDMOS增益曲線(xiàn)較平滑并且允許多載波數字信號放大且失真較小。LDMOS管有一個(gè)低且無(wú)變化的互調電平到飽和區，不像雙極型晶體管那樣互調電平高且隨著(zhù)功率電平的增加而變化。這種主要特性允許LDMOS晶體管執行高于雙極型晶體管二倍的功率，且線(xiàn)性較好。LDMOS晶體管具有較好的溫度特性溫度系數是負數，因此可以防止熱耗散的影響。這種溫度穩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器件結構如圖1所示，LDMOS是一種雙擴散結構的功率器件。這項技術(shù)是在相同的源/漏區域注入兩次，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(guò)程，由于硼擴散比砷快，所以在柵極邊界下會(huì )沿著(zhù)橫向擴散更遠(圖中P阱)，形成一個(gè)有濃度梯度的溝道，它的溝道長(cháng)度由這兩次橫向擴散的距離之差決定。為了增加擊穿電壓，在有源區和漏區之間有一個(gè)漂移區。LDMOS中的漂移區是該類(lèi)器件設計的關(guān)鍵，漂移區的雜質(zhì)濃度比較低，因此，當LDMOS 接高壓時(shí)，漂移區由于是高阻，能夠承受更高的電壓。圖1所示LDMOS的多晶擴展到漂移區的場(chǎng)氧上面，充當場(chǎng)極板，會(huì )弱化漂移區的表面電場(chǎng)，有利于提高擊穿電壓。場(chǎng)極板的作用大小與場(chǎng)極板的長(cháng)度密切相關(guān)。要使場(chǎng)極板能充分發(fā)揮作用，一要設計好SiO2層的厚度，二要設計好場(chǎng)極板的長(cháng)度。

LDMOS制造工藝結合了BPT和砷化鎵工藝。與標準MOS工藝不同的是，在器件封裝上，LDMOS沒(méi)有采用BeO氧化鈹隔離層，而是直接硬接在襯底上，導熱性能得到改善，提高了器件的耐高溫性，大大延長(cháng)了器件壽命。由于LDMOS管的負溫效應，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在收集極電流局部形成熱點(diǎn)，從而管子不易損壞。所以L(fǎng)DMOS管大大加強了負載失配和過(guò)激勵的承受能力。同樣由于LDMOS管的自動(dòng)均流作用，其輸入-輸出特性曲線(xiàn)在1dB 壓縮點(diǎn)(大信號運用的飽和區段)下彎較緩，所以動(dòng)態(tài)范圍變寬，有利于模擬和數字電視射頻信號放大。LDMOS在小信號放大時(shí)近似線(xiàn)性，幾乎沒(méi)有交調失真，很大程度簡(jiǎn)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(jiǎn)單，無(wú)需復雜的帶正溫度補償的有源低阻抗偏置電路。

對LDMOS而言，外延層的厚度、摻雜濃度、漂移區的長(cháng)度是其最重要的特性參數。我們可以通過(guò)增加漂移區的長(cháng)度以提高擊穿電壓，但是這會(huì )增加芯片面積和導通電阻。高壓DMOS器件耐壓和導通電阻取決于外延層的濃度、厚度及漂移區長(cháng)度的折中選擇。因為耐壓和導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(cháng)的漂移區，而低的導通電阻則要求薄的重摻雜外延層和短的漂移區，因此必須選擇最佳外延參數和漂移區長(cháng)度，以便在滿(mǎn)足一定的源漏擊穿電壓的前提下，得到最小的導通電阻。

LDMOS在以下方面具有出眾的性能：

1.熱穩定性;2.頻率穩定性;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(jiǎn)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、數字地面電視等需要寬頻率范圍、高線(xiàn)性度和使用壽命要求高的應用。

LDMOS 初期主要面向移動(dòng)電話(huà)基站的 RF 功率放大器，也可以應用于 HF、VHF 與 UHF 廣播傳輸器以及微波雷達與導航系統等等。凌駕于所有 RF 功率技術(shù)，側面擴散 MOS (LDMOS, Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor) 晶體管技術(shù)為新一代基站放大器帶來(lái)較高的功率峰均比 (PAR, Peak-to-Aerage)、更高增益與線(xiàn)性度，同時(shí)為多媒體服務(wù)帶來(lái)更高的數據傳輸率。此外，卓越的效能也隨著(zhù)效率以及功率密度持續不斷地提升。過(guò)去四年來(lái)，飛利浦第二代 0.8 微米 LDMOS 技術(shù)在 GSM、EDGE 與 CDMA 系統上擁有耀眼的效能與穩定的批量生產(chǎn)能力，現階段為了滿(mǎn)足多載波功率放大器 (MCPA) 與 W-CDMA 標準的需求，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)采用非統一參雜 (doping) 方式，稱(chēng)之為分散 Vt 概念，與傳統的 LDMOS 比較，補償線(xiàn)性提升了 5 到 8dB，使得這項技術(shù)特別適合應用于 3G 基站內的 MCPA 驅動(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準，同時(shí)提供所有移動(dòng)電話(huà)標準的主要優(yōu)勢，例如 0.4 微米工藝技術(shù)為 W-CDMA 帶來(lái)超過(guò) 30% 的效率，并為 PCS/DCS 帶來(lái) 17dB 的增益，此外，低記憶效應也可以使用最新的數字預失真 (DPD, Pre-Distortion) 系統，高線(xiàn)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 150W CW 運作的器件。