Es gibt zwei Haupttypen von DMOS, den vertikalen doppelt diffundierten Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor VDMOSFET (vertikaler doppelt diffundierter MOSFET) und den lateralen doppelt diffundierten Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor LDMOSFET (lateraler doppelt diffundierter MOSFET). LDMOS ist weit verbreitet, da es einfacher mit der CMOS-Technologie kompatibel ist. LDMOS
LDMOS (lateral diffundierter Metalloxid-Halbleiter)
LDMOS ist ein Leistungsbauelement mit einer doppelt diffundierten Struktur. Diese Technik besteht darin, zweimal in dieselbe Source-/Drain-Region zu implantieren, eine Implantation von Arsen (As) mit einer größeren Konzentration (typische Implantationsdosis von 1015 cm-2) und eine weitere Implantation von Bor (mit einer geringeren Konzentration (typische Implantationsdosis von 1013cm-2)). B). Nach der Implantation wird ein Hochtemperatur-Vortriebsprozess durchgeführt. Da Bor schneller als Arsen diffundiert, diffundiert es weiter entlang der lateralen Richtung unter der Gate-Grenze (P-Wanne in der Abbildung) und bildet einen Kanal mit einem Konzentrationsgradienten, dessen Kanallänge durch die Differenz zwischen den beiden lateralen Diffusionsabständen bestimmt wird . Um die Durchbruchspannung zu erhöhen, befindet sich zwischen dem aktiven Gebiet und dem Draingebiet ein Driftgebiet. Der Driftbereich in LDMOS ist der Schlüssel zum Design dieses Gerätetyps. Die Störstellenkonzentration im Driftbereich ist relativ gering. Wenn der LDMOS mit einer hohen Spannung verbunden ist, kann der Driftbereich daher aufgrund seines hohen Widerstands einer höheren Spannung standhalten. Der in Fig. 1 gezeigte polykristalline LDMOS erstreckt sich bis zum Feldsauerstoff in der Driftzone und wirkt als Feldplatte, die das elektrische Oberflächenfeld in der Driftzone schwächt und zur Erhöhung der Durchbruchspannung beiträgt. Die Größe der Feldplatte hängt eng mit der Länge der Feldplatte zusammen [6]. Um die Feldplatte voll funktionsfähig zu machen, muss man die Dicke der SiO2-Schicht und zweitens die Länge der Feldplatte gestalten.
Die LDMOS-Vorrichtung weist ein Substrat auf, und ein Source-Gebiet und ein Drain-Gebiet sind in dem Substrat gebildet. Eine Isolierschicht ist auf einem Teil des Substrats zwischen den Source- und Drainbereichen vorgesehen, um eine ebene Grenzfläche zwischen der Isolierschicht und der Oberfläche des Substrats bereitzustellen. Dann wird ein Isolierelement auf einem Teil der Isolierschicht gebildet, und eine Gateschicht wird auf einem Teil des Isolierelements und der Isolierschicht gebildet. Durch die Verwendung dieser Struktur wurde festgestellt, dass ein gerader Strompfad vorhanden ist, der den Einschaltwiderstand verringern kann, während eine hohe Durchbruchspannung aufrechterhalten wird.
Es gibt zwei Hauptunterschiede zwischen LDMOS und gewöhnlichen MOS-Transistoren: 1. Er nimmt eine LDD-Struktur an (oder wird Driftregion genannt); 2. Der Kanal wird durch die seitliche Übergangstiefe von zwei Diffusionen gesteuert.
1. Vorteile von LDMOS
• Ausgezeichnete Effizienz, die den Stromverbrauch und die Kühlkosten senken kann
• Ausgezeichnete Linearität, die den Bedarf an Signalvorkorrektur minimieren kann
• Optimieren Sie die extrem niedrige thermische Impedanz, wodurch die Verstärkergröße und der Kühlbedarf reduziert und die Zuverlässigkeit verbessert werden kann
• Ausgezeichnete Spitzenleistungsfähigkeit, hohe 3G-Datenrate mit minimaler Datenfehlerrate
• Hohe Leistungsdichte mit weniger Transistorgehäusen
• Extrem niedrige Induktivität, Rückkopplungskapazität und String-Gate-Impedanz, wodurch LDMOS-Transistoren derzeit eine Verbesserung der Verstärkung um 7 bB bei bipolaren Geräten bieten
• Direkte Quellenerdung verbessert die Leistungsverstärkung und macht BeO- oder AIN-Isolationssubstanzen überflüssig
• Hohe Leistungsverstärkung bei GHz-Frequenz, was zu weniger Designschritten führt, einfacheres und kostengünstigeres Design (unter Verwendung kostengünstiger Treibertransistoren mit geringer Leistung)
• Ausgezeichnete Stabilität aufgrund der negativen Temperaturkonstante des Drainstroms, so dass er nicht durch Wärmeverlust beeinflusst wird
• Es kann höhere Lastfehlanpassungen (VSWR) besser tolerieren als Dual-Carrier, wodurch die Zuverlässigkeit von Feldanwendungen verbessert wird
• Ausgezeichnete HF-Stabilität mit einer eingebauten Isolationsschicht zwischen Gate und Drain, die die Rückkopplungskapazität reduzieren kann
• Sehr gute Zuverlässigkeit in der Mean Time Between Failures (MTTF)
2. Die Hauptnachteile von LDMOS
1) Niedrige Leistungsdichte;
2) Es wird leicht durch statische Elektrizität beschädigt. Wenn die Ausgangsleistung ähnlich ist, ist die Fläche des LDMOS-Bauelements größer als die des bipolaren Typs. Auf diese Weise ist die Anzahl der Chips auf einem einzelnen Wafer geringer, was die Kosten von MOSFET-(LDMOS)-Bauelementen höher macht. Die größere Fläche begrenzt auch die maximale Wirkleistung eines gegebenen Pakets. Die statische Elektrizität kann normalerweise mehrere hundert Volt betragen, wodurch das Gate des LDMOS-Bauelements von der Source zum Kanal beschädigt werden kann, daher sind antistatische Maßnahmen erforderlich.
Zusammenfassend sind LDMOS-Bauelemente besonders geeignet für Anwendungen, die einen großen Frequenzbereich, hohe Linearität und hohe Lebensdaueranforderungen erfordern, wie CDMA, W-CDMA, TETRA und digitales terrestrisches Fernsehen.
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