LDMOS (Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor) est développé pour la technologie de téléphonie cellulaire 900MHz. La croissance continue du marché des communications cellulaires garantit l'application des transistors LDMOS et fait également en sorte que la technologie LDMOS continue de mûrir et que les coûts continuent de baisser. Elle remplacera donc la technologie des transistors bipolaires dans la plupart des cas à l'avenir. Par rapport aux transistors bipolaires, le gain des tubes LDMOS est plus élevé. Le gain des tubes LDMOS peut atteindre plus de 14dB, tandis que celui des transistors bipolaires est de 5~6dB. Le gain des modules PA utilisant des tubes LDMOS peut atteindre environ 60dB. Cela montre que moins de dispositifs sont nécessaires pour la même puissance de sortie, augmentant ainsi la fiabilité de l'amplificateur de puissance.
Le LDMOS peut supporter un rapport d'ondes stationnaires trois fois supérieur à celui d'un transistor bipolaire, et peut fonctionner à une puissance réfléchie plus élevée sans détruire le dispositif LDMOS ; il peut résister à la surexcitation du signal d'entrée et convient à la transmission de signaux numériques, car il possède une puissance de crête instantanée avancée. La courbe de gain LDMOS est plus lisse et permet une amplification du signal numérique multi-porteuses avec moins de distorsion. Le tube LDMOS a un niveau d'intermodulation faible et inchangé jusqu'à la région de saturation, contrairement aux transistors bipolaires qui ont un niveau d'intermodulation élevé et changent avec l'augmentation du niveau de puissance. Cette caractéristique principale permet aux transistors LDMOS de fournir deux fois plus de puissance que les transistors bipolaires avec une meilleure linéarité. Les transistors LDMOS ont de meilleures caractéristiques de température et le coefficient de température est négatif, de sorte que l'influence de la dissipation thermique peut être évitée. Ce type de stabilité de température permet au changement d'amplitude de n'être que de 0.1 dB, et dans le cas du même niveau d'entrée, l'amplitude du transistor bipolaire passe de 0.5 à 0.6 dB, et un circuit de compensation de température est généralement requis.
Caractéristiques de la structure LDMOS et avantages d'utilisation
Le LDMOS est largement adopté car il est plus facile d'être compatible avec la technologie CMOS. La structure du dispositif LDMOS est illustrée sur la figure 1. Le LDMOS est un dispositif de puissance avec une structure à double diffusion. Cette technique consiste à implanter deux fois dans la même région source/drain, une implantation d'arsenic (As) avec une concentration plus importante (dose d'implantation typique de 1015cm-2), et une autre implantation de bore (avec une concentration plus faible (dose d'implantation typique de 1013cm-2)). B). Après l'implantation, un processus de propulsion à haute température est effectué. Étant donné que le bore diffuse plus rapidement que l'arsenic, il diffusera plus loin dans la direction latérale sous la limite de la grille (puits P sur la figure), formant un canal avec un gradient de concentration et sa longueur de canal Déterminé par la différence entre les deux distances de diffusion latérales . Afin d'augmenter la tension de claquage, il existe une zone de dérive entre la zone active et la zone de drain. La zone de dérive dans LDMOS est la clé de la conception de ce type de dispositif. La concentration en impuretés dans la zone de dérive est relativement faible. Par conséquent, lorsque le LDMOS est connecté à une tension élevée, la région de dérive peut supporter une tension plus élevée en raison de sa résistance élevée. Le LDMOS polycristallin représenté sur la figure 1 s'étend jusqu'à l'oxygène de champ dans la région de dérive et agit comme une plaque de champ, ce qui affaiblira le champ électrique de surface dans la région de dérive et contribuera à augmenter la tension de claquage. L'effet de la plaque de champ est étroitement lié à la longueur de la plaque de champ. Pour rendre la plaque de champ entièrement fonctionnelle, il faut concevoir l'épaisseur de la couche de SiO2, et deuxièmement, la longueur de la plaque de champ doit être conçue.
Le procédé de fabrication LDMOS combine les procédés BPT et arséniure de gallium. Différent du processus MOS standard, jeDans l'emballage de l'appareil, le LDMOS n'utilise pas de couche isolante d'oxyde de béryllium BeO, mais est directement câblé sur le substrat. La conductivité thermique est améliorée, la résistance à haute température de l'appareil est améliorée et la durée de vie de l'appareil est considérablement prolongée. . En raison de l'effet de température négatif du tube LDMOS, le courant de fuite est automatiquement égalisé lorsqu'il est chauffé et l'effet de température positif du tube bipolaire ne forme pas de point chaud local dans le courant du collecteur, de sorte que le tube n'est pas facilement endommagé. Ainsi, le tube LDMOS renforce considérablement la capacité portante de l'inadéquation de la charge et de la surexcitation. Également en raison de l'effet de partage de courant automatique du tube LDMOS, sa courbe caractéristique d'entrée-sortie s'incurve lentement au point de compression de 1 dB (section de saturation pour les applications à gros signaux), de sorte que la plage dynamique est élargie, ce qui favorise l'amplification de et les signaux RF de télévision numérique. Le LDMOS est approximativement linéaire lors de l'amplification de petits signaux avec presque aucune distorsion d'intermodulation, ce qui simplifie considérablement le circuit de correction. Le courant de grille CC du dispositif MOS est presque nul, le circuit de polarisation est simple et il n'est pas nécessaire d'avoir un circuit de polarisation actif à faible impédance complexe avec compensation de température positive.
Pour le LDMOS, l'épaisseur de la couche épitaxiale, la concentration de dopage et la longueur de la zone de dérive sont les paramètres caractéristiques les plus importants. Nous pouvons augmenter la tension de claquage en augmentant la longueur de la zone de dérive, mais cela augmentera la surface de la puce et la résistance à l'état passant. La tension de tenue et la résistance passante des dispositifs DMOS haute tension dépendent d'un compromis entre la concentration et l'épaisseur de la couche épitaxiale et la longueur de la zone de dérive. Parce que la tension de tenue et la résistance à l'état passant ont des exigences contradictoires pour la concentration et l'épaisseur de la couche épitaxiale. Une tension de claquage élevée nécessite une couche épitaxiale épaisse légèrement dopée et une longue zone de dérive, tandis qu'une faible résistance à l'état passant nécessite une fine couche épitaxiale fortement dopée et une courte zone de dérive. Par conséquent, les meilleurs paramètres épitaxiaux et la région de dérive doivent être sélectionnés Longueur afin d'obtenir la plus petite résistance à l'état passant sous le principe de rencontrer une certaine tension de claquage source-drain.
LDMOS a des performances exceptionnelles dans les aspects suivants :
1. Stabilité thermique ; 2. Stabilité de fréquence ; 3. Gain plus élevé; 4. Durabilité améliorée; 5. Moins de bruit ; 6. Capacité de rétroaction inférieure; 7. Circuit de courant de polarisation plus simple; 8 . Impédance d'entrée constante ; 9. Meilleures performances IMD ; 10. Résistance thermique inférieure ; 11. Meilleure capacité AGC. Les dispositifs LDMOS sont particulièrement adaptés aux applications CDMA, W-CDMA, TETRA, à la télévision numérique terrestre et à d'autres applications qui nécessitent une large gamme de fréquences, une linéarité élevée et des exigences de durée de vie élevées.
LDMOS a été principalement utilisé pour les amplificateurs de puissance RF dans les stations de base de téléphonie mobile au début, et peut également être appliqué aux émetteurs de diffusion HF, VHF et UHF, aux radars à micro-ondes et aux systèmes de navigation, etc. Dépassant toutes les technologies de puissance RF, la technologie de transistors semi-conducteurs à oxyde métallique à diffusion latérale (LDMOS) apporte un rapport crête/moyenne de puissance plus élevé (PAR, crête à moyenne), un gain et une linéarité supérieurs à la nouvelle génération d'amplificateurs de station de base temps, il apporte un taux de transmission de données plus élevé pour les services multimédias. De plus, les excellentes performances continuent d'augmenter avec l'efficacité et la densité de puissance. Au cours des quatre dernières années, la technologie LDMOS 0.8 micron de deuxième génération de Philips a obtenu des performances éblouissantes et une capacité de production de masse stable sur les systèmes GSM, EDGE et CDMA. A ce stade, afin de répondre aux exigences des amplificateurs de puissance multi-porteuses (MCPA) et des normes W-CDMA, une technologie LDMOS mise à jour est également fournie.
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