LDMOS (Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor) wurde für die 900-MHz-Mobilfunktechnologie entwickelt. Das kontinuierliche Wachstum des Mobilfunkmarktes sichert den Einsatz von LDMOS-Transistoren und führt außerdem dazu, dass die LDMOS-Technologie immer ausgereifter wird und die Kosten weiter sinken, sodass sie in Zukunft in den meisten Fällen die Bipolartransistortechnologie ersetzen wird. Im Vergleich zu Bipolartransistoren ist der Gewinn von LDMOS-Röhren höher. Die Verstärkung von LDMOS-Röhren kann mehr als 14 dB erreichen, während die von Bipolartransistoren 5 bis 6 dB beträgt. Die Verstärkung von PA-Modulen mit LDMOS-Röhren kann etwa 60 dB erreichen. Dies zeigt, dass für die gleiche Ausgangsleistung weniger Geräte erforderlich sind, wodurch die Zuverlässigkeit des Leistungsverstärkers erhöht wird.
LDMOS hält einem Stehwellenverhältnis stand, das dreimal höher ist als das eines Bipolartransistors, und kann mit einer höheren reflektierten Leistung arbeiten, ohne das LDMOS-Gerät zu zerstören. Es hält der Übererregung des Eingangssignals stand und ist für die Übertragung digitaler Signale geeignet, da es über eine fortschrittliche Momentanspitzenleistung verfügt. Die LDMOS-Verstärkungskurve ist glatter und ermöglicht die Verstärkung digitaler Mehrträgersignale mit weniger Verzerrungen. Die LDMOS-Röhre weist einen niedrigen und unveränderten Intermodulationsgrad bis zum Sättigungsbereich auf, im Gegensatz zu Bipolartransistoren, die einen hohen Intermodulationsgrad aufweisen und sich mit zunehmendem Leistungspegel ändern. Dieses Hauptmerkmal ermöglicht es LDMOS-Transistoren, bei besserer Linearität doppelt so viel Leistung zu erbringen wie Bipolartransistoren. LDMOS-Transistoren haben bessere Temperatureigenschaften und der Temperaturkoeffizient ist negativ, sodass der Einfluss der Wärmeableitung verhindert werden kann. Diese Art der Temperaturstabilität ermöglicht eine Amplitudenänderung von nur 0.1 dB, und bei gleichem Eingangspegel ändert sich die Amplitude des Bipolartransistors von 0.5 auf 0.6 dB, und normalerweise ist eine Temperaturkompensationsschaltung erforderlich.
Eigenschaften und Vorteile der LDMOS-Struktur
LDMOS ist weit verbreitet, da es einfacher mit der CMOS-Technologie kompatibel ist. Die Struktur des LDMOS-Geräts ist in Abbildung 1 dargestellt. LDMOS ist ein Leistungsgerät mit einer doppelt diffundierten Struktur. Bei dieser Technik werden zwei Implantationen in denselben Source/Drain-Bereich durchgeführt, 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 erfolgt ein Hochtemperatur-Antriebsprozess. Da Bor schneller diffundiert als Arsen, diffundiert es weiter entlang der lateralen Richtung unter der Gate-Grenze (P-Well in der Abbildung) und bildet einen Kanal mit einem Konzentrationsgradienten. Die Kanallänge wird durch die Differenz zwischen den beiden lateralen Diffusionsabständen bestimmt . Um die Durchbruchspannung zu erhöhen, gibt es zwischen dem aktiven Bereich und dem Drain-Bereich einen Driftbereich. Der Driftbereich in LDMOS ist der Schlüssel zum Design dieses Gerätetyps. Die Verunreinigungskonzentration in der Driftregion ist relativ gering. Wenn daher der LDMOS an eine hohe Spannung angeschlossen wird, kann der Driftbereich aufgrund seines hohen Widerstands einer höheren Spannung standhalten. Der in Abb. 1 gezeigte polykristalline LDMOS erstreckt sich bis zum Feldsauerstoff in der Driftregion und fungiert als Feldplatte, die das elektrische Oberflächenfeld in der Driftregion schwächt und zur Erhöhung der Durchbruchspannung beiträgt. Die Wirkung der Feldplatte hängt eng mit der Länge der Feldplatte zusammen. Um die Feldplatte voll funktionsfähig zu machen, muss zum einen die Dicke der SiO2-Schicht und zum anderen die Länge der Feldplatte ausgelegt werden.
Der LDMOS-Herstellungsprozess kombiniert BPT- und Galliumarsenid-Prozesse. Anders als beim Standard-MOS-Prozess, dIn der Geräteverpackung verwendet LDMOS keine BeO-Berylliumoxid-Isolationsschicht, sondern ist direkt fest auf dem Substrat verdrahtet. Die Wärmeleitfähigkeit wird verbessert, die Hochtemperaturbeständigkeit des Geräts wird verbessert und die Lebensdauer des Geräts wird erheblich verlängert. . Aufgrund des negativen Temperatureffekts der LDMOS-Röhre wird der Leckstrom beim Erhitzen automatisch ausgeglichen, und der positive Temperatureffekt der Bipolarröhre bildet keinen lokalen Hotspot im Kollektorstrom, sodass die Röhre nicht leicht beschädigt wird. Daher erhöht die LDMOS-Röhre die Belastbarkeit gegenüber Lastunterschieden und Übererregung erheblich. Aufgrund des automatischen Stromteilungseffekts der LDMOS-Röhre verläuft ihre Eingangs-Ausgangs-Kennlinie am 1-dB-Komprimierungspunkt (Sättigungsabschnitt für Großsignalanwendungen) langsam, sodass der Dynamikbereich erweitert wird, was der Verstärkung von Analogsignalen förderlich ist und digitale TV-HF-Signale. LDMOS ist bei der Verstärkung kleiner Signale nahezu linear und nahezu ohne Intermodulationsverzerrung, was die Korrekturschaltung erheblich vereinfacht. Der DC-Gate-Strom des MOS-Bauelements ist nahezu Null, die Vorspannungsschaltung ist einfach und es besteht keine Notwendigkeit für eine komplexe aktive Vorspannungsschaltung mit niedriger Impedanz und positiver Temperaturkompensation.
Für LDMOS sind die Dicke der Epitaxieschicht, die Dotierungskonzentration und die Länge der Driftzone die wichtigsten charakteristischen Parameter. Wir können die Durchbruchspannung erhöhen, indem wir die Länge des Driftbereichs vergrößern, aber dadurch erhöhen sich die Chipfläche und der Einschaltwiderstand. Die Spannungsfestigkeit und der Einschaltwiderstand von Hochspannungs-DMOS-Bauelementen hängen von einem Kompromiss zwischen der Konzentration und Dicke der Epitaxieschicht und der Länge des Driftbereichs ab. Denn Spannungsfestigkeit und Durchlasswiderstand stellen widersprüchliche Anforderungen an die Konzentration und Dicke der Epitaxieschicht. Eine hohe Durchbruchspannung erfordert eine dicke, leicht dotierte Epitaxieschicht und eine lange Driftzone, während ein niedriger Einschaltwiderstand eine dünne, stark dotierte Epitaxieschicht und eine kurze Driftzone erfordert. Daher müssen die besten Epitaxieparameter und die Länge des Driftbereichs ausgewählt werden, um unter der Voraussetzung, dass eine bestimmte Source-Drain-Durchbruchspannung eingehalten wird, den kleinsten Einschaltwiderstand zu erhalten.
LDMOS weist in den folgenden Aspekten eine herausragende Leistung auf:
1. Thermische Stabilität; 2. Frequenzstabilität; 3. Höherer Gewinn; 4. Verbesserte Haltbarkeit; 5. Geringerer Lärm; 6. Geringere Rückkopplungskapazität; 7. Einfachere Vorstromschaltung; 8 . Konstante Eingangsimpedanz; 9. Bessere IMD-Leistung; 10. Geringerer Wärmewiderstand; 11. Bessere AGC-Fähigkeit. LDMOS-Geräte eignen sich besonders für CDMA, W-CDMA, TETRA, digitales terrestrisches Fernsehen und andere Anwendungen, die einen großen Frequenzbereich, eine hohe Linearität und hohe Anforderungen an die Lebensdauer erfordern.
LDMOS wurde in der Anfangszeit hauptsächlich für HF-Leistungsverstärker in Mobilfunk-Basisstationen verwendet und kann auch für HF-, VHF- und UHF-Rundfunksender, Mikrowellenradare und Navigationssysteme usw. eingesetzt werden. Die Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor (LDMOS)-Transistortechnologie übertrifft alle HF-Leistungstechnologien und bringt gleichzeitig ein höheres Spitzen-Durchschnitts-Leistungsverhältnis (PAR, Peak-to-Aerage), höhere Verstärkung und Linearität in die neue Generation von Basisstationsverstärkern Gleichzeitig bringt es eine höhere Datenübertragungsrate für Multimediadienste. Darüber hinaus nimmt die hervorragende Leistung mit Effizienz und Leistungsdichte weiter zu. In den letzten vier Jahren hat die 0.8-Mikron-LDMOS-Technologie der zweiten Generation von Philips eine beeindruckende Leistung und eine stabile Massenproduktionskapazität auf GSM-, EDGE- und CDMA-Systemen erzielt. Um die Anforderungen von Mehrträger-Leistungsverstärkern (MCPA) und W-CDMA-Standards zu erfüllen, wird in dieser Phase auch eine aktualisierte LDMOS-Technologie bereitgestellt.
