Εισαγωγή στο LDMOS και τις τεχνικές του λεπτομέρειες
Το LDMOS (Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductor) έχει αναπτυχθεί για τεχνολογία κινητής τηλεφωνίας 900MHz. Η συνεχής ανάπτυξη της αγοράς κινητής τηλεφωνίας διασφαλίζει την εφαρμογή των τρανζίστορ LDMOS και επίσης κάνει την τεχνολογία LDMOS να συνεχίζει να ωριμάζει και το κόστος συνεχίζει να μειώνεται, επομένως θα αντικαταστήσει την τεχνολογία διπολικών τρανζίστορ στις περισσότερες περιπτώσεις στο μέλλον. Σε σύγκριση με τα διπολικά τρανζίστορ, το κέρδος των σωλήνων LDMOS είναι υψηλότερο. Το κέρδος των σωλήνων LDMOS μπορεί να φτάσει περισσότερα από 14dB, ενώ το κέρδος των διπολικών τρανζίστορ είναι 5 ~ 6dB. Το κέρδος των μονάδων PA που χρησιμοποιούν σωλήνες LDMOS μπορεί να φτάσει περίπου τα 60dB. Αυτό δείχνει ότι απαιτούνται λιγότερες συσκευές για την ίδια ισχύ εξόδου, αυξάνοντας έτσι την αξιοπιστία του ενισχυτή ισχύος.
Το LDMOS μπορεί να αντέξει σε αναλογία κύματος όρθωσης τρεις φορές υψηλότερο από αυτόν του διπολικού τρανζίστορ και μπορεί να λειτουργήσει σε υψηλότερη ανακλώμενη ισχύ χωρίς να καταστρέψει τη συσκευή LDMOS Μπορεί να αντέξει την υπερβολική διέγερση του σήματος εισόδου και είναι κατάλληλο για μετάδοση ψηφιακών σημάτων, επειδή έχει προηγμένη στιγμιαία ισχύ αιχμής. Η καμπύλη κέρδους LDMOS είναι πιο ομαλή και επιτρέπει την ενίσχυση ψηφιακού σήματος πολλαπλών φορέων με λιγότερη παραμόρφωση. Ο σωλήνας LDMOS έχει χαμηλό και αμετάβλητο επίπεδο διαμόρφωσης στην περιοχή κορεσμού, σε αντίθεση με τα διπολικά τρανζίστορ που έχουν υψηλό επίπεδο διαμόρφωσης και αλλάζουν με την αύξηση του επιπέδου ισχύος. Αυτό το κύριο χαρακτηριστικό επιτρέπει στα τρανζίστορ LDMOS να αποδίδουν διπλάσια ισχύ από τα διπολικά τρανζίστορ με καλύτερη γραμμικότητα. Τα τρανζίστορ LDMOS έχουν καλύτερα χαρακτηριστικά θερμοκρασίας και ο συντελεστής θερμοκρασίας είναι αρνητικός, επομένως μπορεί να αποφευχθεί η επίδραση της απαγωγής θερμότητας. Αυτό το είδος σταθερότητας θερμοκρασίας επιτρέπει την αλλαγή πλάτους να είναι μόνο 0.1 dB, και στην περίπτωση του ίδιου επιπέδου εισόδου, το πλάτος του διπολικού τρανζίστορ αλλάζει από 0.5 σε 0.6dB, και συνήθως απαιτείται κύκλωμα αντιστάθμισης θερμοκρασίας.
Χαρακτηριστικά δομής LDMOS και πλεονεκτήματα χρήσης
Το LDMOS υιοθετείται ευρέως επειδή είναι ευκολότερο να είναι συμβατό με την τεχνολογία CMOS. Η δομή της συσκευής LDMOS φαίνεται στο σχήμα 1. Το LDMOS είναι μια συσκευή ισχύος με δομή διπλής διάχυσης. Αυτή η τεχνική είναι η εμφύτευση δύο φορές στην ίδια περιοχή πηγής / αποστράγγισης, μία εμφύτευση αρσενικού (As) με μεγαλύτερη συγκέντρωση (τυπική δόση εμφύτευσης 1015 cm-2) και άλλη εμφύτευση βορίου (με μικρότερη συγκέντρωση (τυπική δόση εμφύτευσης 1013cm-2)). ΣΙ). Μετά την εμφύτευση, πραγματοποιείται μια διαδικασία πρόωσης υψηλής θερμοκρασίας. Δεδομένου ότι το βόριο διαχέεται γρηγορότερα από το αρσενικό, θα διαχέεται περαιτέρω κατά μήκος της πλευρικής κατεύθυνσης κάτω από το όριο της πύλης (φρεάτιο Ρ στην εικόνα), σχηματίζοντας ένα κανάλι με κλίση συγκέντρωσης και το μήκος του καναλιού του Προσδιορίζεται από τη διαφορά μεταξύ των δύο πλευρικών αποστάσεων πλευρικής διάχυσης . Προκειμένου να αυξηθεί η τάση διακοπής, υπάρχει μια περιοχή μετατόπισης μεταξύ της ενεργής περιοχής και της περιοχής αποστράγγισης. Η περιοχή μετατόπισης στο LDMOS είναι το κλειδί για τη σχεδίαση αυτού του τύπου συσκευής. Η συγκέντρωση ακαθαρσιών στην περιοχή μετατόπισης είναι σχετικά χαμηλή. Επομένως, όταν το LDMOS είναι συνδεδεμένο σε υψηλή τάση, η περιοχή μετατόπισης μπορεί να αντέξει υψηλότερη τάση λόγω της υψηλής αντίστασης. Το πολυκρυσταλλικό LDMOS που φαίνεται στο Σχ. 1 εκτείνεται στο πεδίο οξυγόνου στην περιοχή μετατόπισης και δρα ως πλάκα πεδίου, η οποία θα αποδυναμώσει το επιφανειακό ηλεκτρικό πεδίο στην περιοχή μετατόπισης και θα βοηθήσει στην αύξηση της τάσης διακοπής. Το αποτέλεσμα της πλάκας πεδίου σχετίζεται στενά με το μήκος της πλάκας πεδίου. Για να γίνει η πλάκα πεδίου πλήρως λειτουργική, πρέπει να σχεδιάσουμε το πάχος του στρώματος SiO2 και δεύτερον, το μήκος της πλάκας πεδίου πρέπει να σχεδιαστεί.
Η διαδικασία κατασκευής LDMOS συνδυάζει διεργασίες BPT και αρσενιδίου γαλλίου. Διαφορετική από την τυπική διαδικασία MOS, iΣτη συσκευασία της συσκευής, το LDMOS δεν χρησιμοποιεί στρώμα απομόνωσης οξειδίου του βηρυλλίου BeO, αλλά είναι απευθείας ενσύρματο στο υπόστρωμα. Η θερμική αγωγιμότητα βελτιώνεται, η υψηλή θερμοκρασία αντίσταση της συσκευής βελτιώνεται και η διάρκεια ζωής της συσκευής παρατείνεται σε μεγάλο βαθμό. . Λόγω της αρνητικής επίδρασης θερμοκρασίας του σωλήνα LDMOS, το ρεύμα διαρροής εξισώνεται αυτόματα όταν θερμαίνεται και το φαινόμενο θετικής θερμοκρασίας του διπολικού σωλήνα δεν σχηματίζει τοπικό θερμό σημείο στο ρεύμα συλλέκτη, έτσι ώστε ο σωλήνας να μην βλάπτεται εύκολα. Έτσι, ο σωλήνας LDMOS ενισχύει σε μεγάλο βαθμό τη φέρουσα ικανότητα αναντιστοιχίας φορτίου και υπερβολικής διέγερσης. Επίσης, λόγω του αυτόματου φαινομένου διαμοιρασμού ρεύματος του σωλήνα LDMOS, η χαρακτηριστική καμπύλη εισόδου-εξόδου καμπυλώνει αργά στο σημείο συμπίεσης 1dB (τμήμα κορεσμού για μεγάλες εφαρμογές σήματος), οπότε η δυναμική εμβέλεια διευρύνεται, η οποία ευνοεί την ενίσχυση του αναλογικού και ψηφιακά σήματα RF τηλεόρασης. Το LDMOS είναι περίπου γραμμικό όταν ενισχύει μικρά σήματα με σχεδόν καμία παραμόρφωση διαμόρφωσης, γεγονός που απλοποιεί το κύκλωμα διόρθωσης σε μεγάλο βαθμό. Το ρεύμα πύλης DC της συσκευής MOS είναι σχεδόν μηδέν, το κύκλωμα προκατάληψης είναι απλό και δεν υπάρχει ανάγκη για ένα σύνθετο ενεργό κύκλωμα μεροληψίας χαμηλής αντίστασης με θετική αντιστάθμιση θερμοκρασίας.
Για το LDMOS, το πάχος του επιταξιακού στρώματος, η συγκέντρωση ντόπινγκ και το μήκος της περιοχής μετατόπισης είναι οι πιο σημαντικές χαρακτηριστικές παράμετροι. Μπορούμε να αυξήσουμε την τάση κατανομής αυξάνοντας το μήκος της περιοχής μετατόπισης, αλλά αυτό θα αυξήσει την περιοχή των τσιπ και την αντίσταση. Η τάση αντοχής και η αντίσταση των συσκευών DMOS υψηλής τάσης εξαρτώνται από έναν συμβιβασμό μεταξύ της συγκέντρωσης και του πάχους του επιταξιακού στρώματος και του μήκους της περιοχής μετατόπισης. Επειδή η τάση αντοχής και η αντίσταση έχουν αντιφατικές απαιτήσεις για τη συγκέντρωση και το πάχος του επιταξιακού στρώματος. Η υψηλή τάση διάσπασης απαιτεί ένα παχύ ελαφρώς ενισχυμένο επιταξιακό στρώμα και μια μακρά περιοχή μετατόπισης, ενώ μια χαμηλή αντίσταση απαιτεί ένα λεπτό βαριά ενισχυμένο επιταξιακό στρώμα και μια περιοχή μικρής κλίσης. Επομένως, πρέπει να επιλεγούν οι καλύτερες επιταξιακές παράμετροι και η περιοχή μετατόπισης Μήκος προκειμένου να επιτευχθεί η μικρότερη αντίσταση υπό την προϋπόθεση να συναντηθεί μια συγκεκριμένη τάση διακοπής πηγής-αποστράγγισης.
Το LDMOS έχει εξαιρετική απόδοση στις ακόλουθες πτυχές:
1. Θερμική σταθερότητα 2. Σταθερότητα συχνότητας 3. Υψηλότερο κέρδος 4. Βελτιωμένη αντοχή. 5. Χαμηλότερος θόρυβος. 6. Χαμηλότερη χωρητικότητα ανάδρασης. 7. Απλό κύκλωμα μεροληψίας ρεύματος. 8. Σταθερή αντίσταση εισόδου; 9. Καλύτερη απόδοση IMD. 10. Χαμηλότερη θερμική αντίσταση. 11. Καλύτερη ικανότητα AGC. Οι συσκευές LDMOS είναι ιδιαίτερα κατάλληλες για CDMA, W-CDMA, TETRA, ψηφιακή επίγεια τηλεόραση και άλλες εφαρμογές που απαιτούν ένα ευρύ φάσμα συχνοτήτων, υψηλή γραμμικότητα και υψηλές απαιτήσεις διάρκειας ζωής.
Το LDMOS χρησιμοποιήθηκε κυρίως για ενισχυτές ισχύος RF σε σταθμούς βάσης κινητού τηλεφώνου τις πρώτες μέρες και μπορεί επίσης να εφαρμοστεί σε πομπούς εκπομπής HF, VHF και UHF, ραντάρ μικροκυμάτων και συστήματα πλοήγησης κ.ο.κ. Ξεπερνώντας όλες τις τεχνολογίες ισχύος RF, η τεχνολογία τρανζίστορ πλευρικού διαχωρισμένου μεταλλικού οξειδίου (LDMOS) φέρνει υψηλότερη αναλογία μέγιστης προς μέση ισχύ (PAR, Peak-to-Aerage), υψηλότερο κέρδος και γραμμικότητα για τη νέα γενιά ενισχυτών σταθμού βάσης. χρόνο, φέρνει υψηλότερο ρυθμό μετάδοσης δεδομένων για υπηρεσίες πολυμέσων. Επιπλέον, η άριστη απόδοση συνεχίζει να αυξάνεται με την αποδοτικότητα και την πυκνότητα ισχύος. Τα τελευταία τέσσερα χρόνια, η τεχνολογία LDMOS 0.8 μικρών δεύτερης γενιάς της Philips έχει εκπληκτική απόδοση και σταθερή ικανότητα μαζικής παραγωγής σε συστήματα GSM, EDGE και CDMA. Σε αυτό το στάδιο, προκειμένου να πληρούνται οι απαιτήσεις των προτύπων ενισχυτή ισχύος πολλαπλών φορέων (MCPA) και W-CDMA, παρέχεται επίσης μια ενημερωμένη τεχνολογία LDMOS.
