LDMOS結構特點和使用優(yōu)勢

LDMOS( Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor)橫向擴散金屬氧化物半導體)是為900MHz蜂窩電話技術開發(fā)的，蜂窩通信市場的不斷增長保證了LDMOS晶體管的應用，也使得LDMOS的技術不斷成熟，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。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有破壞LDMOS設備;它較能承受輸入信號的過激勵和適合發(fā)射數字信號，因為它有高級的瞬時峰值功率。LDMOS增益曲線較平滑并且允許多載波數字信號放大且失真較小。LDMOS管有一個低且無變化的互調電平到飽和區(qū)，不像雙極型晶體管那樣互調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是負數，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)。注入之后再進行一個高溫推進過程，由于硼擴散比砷快，所以在柵極邊界下會沿著橫向擴散更遠(圖中P阱)，形成一個有濃度梯度的溝道，它的溝道長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(qū)和漏區(qū)之間有一個漂移區(qū)。LDMOS中的漂移區(qū)是該類器件設計的關鍵，漂移區(qū)的雜質濃度比較低，因此，當LDMOS 接高壓時，漂移區(qū)由于是高阻，能夠承受更高的電壓。圖1所示LDMOS的多晶擴展到漂移區(qū)的場氧上面，充當場極板，會弱化漂移區(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。要使場極板能充分發(fā)揮作用，一要設計好SiO2層的厚度，二要設計好場極板的長度。

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，大大延長了器件壽命。由于LDMOS管的負溫效應，其漏電流在受熱時自動均流，而不會象雙極型管的正溫度效應在收集極電流局部形成熱點，從而管子不易損壞。所以LDMOS管大大加強了負載失配和過激勵的承受能力。同樣由于LDMOS管的自動均流作用，其輸入-輸出特性曲線在1dB 壓縮點(大信號運用的飽和區(qū)段)下彎較緩，所以動態(tài)范圍變寬，有利于模擬和數字電視射頻信號放大。LDMOS在小信號放大時近似線性，幾乎沒有交調失真，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(qū)的長度是其最重要的特性參數。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(qū)長度的折中選擇。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的漂移區(qū)，而低的導通電阻則要求薄的重摻雜外延層和短的漂移區(qū)，因此必須選擇最佳外延參數和漂移區(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用。

LDMOS 初期主要面向移動電話基站的 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(tǒng)等等。凌駕于所有 RF 功率技術，側面擴散 MOS (LDMOS, Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor) 晶體管技術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，同時為多媒體服務帶來更高的數據傳輸率。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)定的批量生產能力，現階段為了滿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。

飛利浦第三代 0.8 微米超低失真 LDMOS 技術采用非統(tǒng)一參雜 (doping) 方式，稱之為分散 Vt 概念，與傳統(tǒng)的 LDMOS 比較，補償線性提升了 5 到 8dB，使得這項技術特別適合應用于 3G 基站內的 MCPA 驅動器，同時比上一代 LDMOS 產品的功率增益要高 2 dB。

飛利浦第四代 LDMOS 技術將效能進一步提升，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 微米技術提高了 2 dB。

飛利浦的第五代 LDMOS 技術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，同時提供所有移動電話標準的主要優(yōu)勢，例如 0.4 微米工藝技術為 W-CDMA 帶來超過 30% 的效率，并為 PCS/DCS 帶來 17dB 的增益，此外，低記憶效應也可以使用最新的數字預失真 (DPD, Pre-Distortion) 系統(tǒng)，高線性度則可以改善多載波功率放大器。我們的第五代技術同時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 150W CW 運作的器件。