LDMOS (Sideally Diffused Metal Oxide Semiconductor) é desenvolvido para tecnologia de telefone celular de 900 MHz. O crescimento contínuo do mercado de comunicação celular garante a aplicação de transistores LDMOS, e também faz com que a tecnologia LDMOS continue a amadurecer e os custos continuem diminuindo, então substituirá a tecnologia de transistor bipolar na maioria dos casos no futuro. Comparado com os transistores bipolares, o ganho dos tubos LDMOS é maior. O ganho dos tubos LDMOS pode chegar a mais de 14dB, enquanto o dos transistores bipolares é de 5 ~ 6dB. O ganho dos módulos PA usando tubos LDMOS pode chegar a cerca de 60dB. Isso mostra que menos dispositivos são necessários para a mesma potência de saída, aumentando assim a confiabilidade do amplificador de potência.
O LDMOS pode suportar uma taxa de onda estacionária três vezes maior do que a de um transistor bipolar e pode operar em uma potência refletida mais alta sem destruir o dispositivo LDMOS; ele pode suportar a superexcitação do sinal de entrada e é adequado para transmitir sinais digitais, porque tem potência de pico instantânea avançada. A curva de ganho do LDMOS é mais suave e permite a amplificação do sinal digital multiportadora com menos distorção. O tubo LDMOS possui um nível de intermodulação baixo e inalterado para a região de saturação, ao contrário dos transistores bipolares que possuem um alto nível de intermodulação e mudam com o aumento do nível de potência. Este recurso principal permite que os transistores LDMOS executem duas vezes mais potência do que os transistores bipolares com melhor linearidade. Os transistores LDMOS possuem melhores características de temperatura e o coeficiente de temperatura é negativo, portanto, a influência da dissipação de calor pode ser evitada. Este tipo de estabilidade de temperatura permite que a mudança de amplitude seja de apenas 0.1dB e, no caso do mesmo nível de entrada, a amplitude do transistor bipolar muda de 0.5 para 0.6dB, e um circuito de compensação de temperatura geralmente é necessário.
Características da estrutura LDMOS e vantagens de uso
O LDMOS é amplamente adotado porque é mais fácil de ser compatível com a tecnologia CMOS. A estrutura do dispositivo LDMOS é mostrada na Figura 1. LDMOS é um dispositivo de energia com uma estrutura difusa dupla. Esta técnica consiste em implantar duas vezes na mesma região fonte / dreno, uma implantação de arsênio (As) com uma concentração maior (dose de implantação típica de 1015cm-2), e outra implantação de boro (com uma concentração menor (dose de implantação típica de 1013 cm-2)). B). Após a implantação, é realizado um processo de propulsão a alta temperatura. Uma vez que o boro se difunde mais rápido do que o arsênio, ele se difundirá ainda mais ao longo da direção lateral sob o limite do portão (poço P na figura), formando um canal com um gradiente de concentração, e seu comprimento de canal determinado pela diferença entre as duas distâncias de difusão lateral . Para aumentar a tensão de ruptura, existe uma região de deriva entre a região ativa e a região de drenagem. A região de deriva no LDMOS é a chave para o projeto desse tipo de dispositivo. A concentração de impurezas na região de deriva é relativamente baixa. Portanto, quando o LDMOS está conectado a uma alta tensão, a região de deriva pode suportar uma tensão mais alta devido a sua alta resistência. O LDMOS policristalino mostrado na Fig. 1 se estende ao oxigênio do campo na região de deriva e atua como uma placa de campo, o que enfraquece o campo elétrico de superfície na região de deriva e ajuda a aumentar a tensão de ruptura. O efeito da placa de campo está intimamente relacionado ao comprimento da placa de campo. Para tornar a placa de campo totalmente funcional, deve-se projetar a espessura da camada de SiO2 e, em segundo lugar, o comprimento da placa de campo deve ser projetado.
O processo de fabricação do LDMOS combina os processos de BPT e arseneto de gálio. Diferente do processo MOS padrão, euNa embalagem do dispositivo, o LDMOS não usa a camada de isolamento de óxido de berílio BeO, mas é diretamente conectado ao substrato. A condutividade térmica é melhorada, a resistência a altas temperaturas do dispositivo é aprimorada e a vida útil do dispositivo é muito estendida. . Devido ao efeito negativo da temperatura do tubo LDMOS, a corrente de fuga é nivelada automaticamente quando aquecida, e o efeito positivo da temperatura do tubo bipolar não forma um ponto quente local na corrente do coletor, de modo que o tubo não é facilmente danificado. Portanto, o tubo LDMOS fortalece muito a capacidade de suporte de incompatibilidade de carga e superexcitação. Também devido ao efeito de compartilhamento automático de corrente do tubo LDMOS, sua curva característica de entrada-saída se curva lentamente no ponto de compressão de 1dB (seção de saturação para aplicações de grande sinal), de modo que a faixa dinâmica é ampliada, o que conduz à amplificação do analógico e sinais RF de TV digital. O LDMOS é aproximadamente linear ao amplificar pequenos sinais com quase nenhuma distorção de intermodulação, o que simplifica muito o circuito de correção. A corrente DC da porta do dispositivo MOS é quase zero, o circuito de polarização é simples e não há necessidade de um circuito de polarização de baixa impedância ativo complexo com compensação de temperatura positiva.
Para LDMOS, a espessura da camada epitaxial, a concentração de dopagem e o comprimento da região de deriva são os parâmetros característicos mais importantes. Podemos aumentar a tensão de ruptura aumentando o comprimento da região de deriva, mas isso aumentará a área do chip e a resistência ligada. A tensão suportável e a resistência ligada dos dispositivos DMOS de alta tensão dependem de um compromisso entre a concentração e a espessura da camada epitaxial e o comprimento da região de deriva. Porque resistir à tensão e à resistência têm requisitos contraditórios para a concentração e espessura da camada epitaxial. Uma alta tensão de ruptura requer uma espessa camada epitaxial levemente dopada e uma longa região de deriva, enquanto uma baixa resistência requer uma fina camada epitaxial fortemente dopada e uma curta região de deriva. Portanto, os melhores parâmetros epitaxiais e região de deriva devem ser selecionados em Comprimento a fim de obter a menor resistência em sob a premissa de atender a uma certa tensão de ruptura fonte-dreno.
LDMOS tem excelente desempenho nos seguintes aspectos:
1. Estabilidade térmica; 2. Estabilidade de frequência; 3. Maior ganho; 4. Maior durabilidade; 5. Menor ruído; 6. Menor capacitância de feedback; 7. Circuito de corrente de polarização mais simples; 8 Impedância de entrada constante; 9. Melhor desempenho do IMD; 10. Menor resistência térmica; 11. Melhor capacidade do AGC. Os dispositivos LDMOS são particularmente adequados para CDMA, W-CDMA, TETRA, televisão digital terrestre e outras aplicações que requerem uma ampla faixa de frequência, alta linearidade e requisitos de alta vida útil.
LDMOS foi usado principalmente para amplificadores de potência RF em estações base de telefones móveis nos primeiros dias e também pode ser aplicado a transmissores de transmissão HF, VHF e UHF, radares de micro-ondas e sistemas de navegação e assim por diante. Ultrapassando todas as tecnologias de potência de RF, a tecnologia de transistor Sideally Diffused Metal Oxide Semiconductor (LDMOS) traz maior relação pico-a-média de potência (PAR, Peak-to-Aerage), maior ganho e linearidade para a nova geração de amplificadores de estação base. tempo, traz maior taxa de transmissão de dados para serviços de multimídia. Além disso, o excelente desempenho continua a aumentar com eficiência e densidade de potência. Nos últimos quatro anos, a tecnologia LDMOS de 0.8 mícron de segunda geração da Philips tem desempenho impressionante e capacidade de produção em massa estável em sistemas GSM, EDGE e CDMA. Neste estágio, a fim de atender aos requisitos de amplificadores de potência multiportadoras (MCPA) e padrões W-CDMA, uma tecnologia LDMOS atualizada também é fornecida.
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