LDMOS (semiconductor d'òxid de metall difós lateralment) està desenvolupat per a la tecnologia de telèfons mòbils de 900 MHz. El creixement continu del mercat de la comunicació cel·lular garanteix l’aplicació de transistors LDMOS i també fa que la tecnologia LDMOS continuï madurant i els costos continuen disminuint, de manera que substituirà la tecnologia de transistors bipolars en la majoria dels casos en el futur. En comparació amb els transistors bipolars, el guany dels tubs LDMOS és superior. El guany dels tubs LDMOS pot arribar a superar els 14dB, mentre que el dels transistors bipolars és de 5 ~ 6dB. El guany de mòduls de PA que utilitzen tubs LDMOS pot arribar als 60 dB. Això demostra que es necessiten menys dispositius per a la mateixa potència de sortida, augmentant així la fiabilitat de l'amplificador de potència.
LDMOS pot suportar una relació d'ones estacionàries tres vegades superior a la d'un transistor bipolar i pot funcionar a una potència reflectida més alta sense destruir el dispositiu LDMOS; pot suportar la sobreexcitació del senyal d'entrada i és adequat per transmetre senyals digitals, ja que té una potència de pic instantània avançada. La corba de guany LDMOS és més suau i permet amplificar el senyal digital de diverses portadores amb menys distorsió. El tub LDMOS té un nivell d’intermodulació baix i sense canvis fins a la regió de saturació, a diferència dels transistors bipolars que tenen un alt nivell d’intermodulació i canvien amb l’augment del nivell de potència. Aquesta característica principal permet als transistors LDMOS realitzar el doble de potència que els transistors bipolars amb una millor linealitat. Els transistors LDMOS tenen millors característiques de temperatura i el coeficient de temperatura és negatiu, de manera que es pot evitar la influència de la dissipació de calor. Aquest tipus d’estabilitat de temperatura permet que el canvi d’amplitud sigui només de 0.1 dB i, en el cas del mateix nivell d’entrada, l’amplitud del transistor bipolar canvia de 0.5 a 0.6 dB i normalment es requereix un circuit de compensació de temperatura.
Característiques de l'estructura LDMOS i avantatges d'ús
LDMOS és àmpliament adoptat perquè és més fàcil ser compatible amb la tecnologia CMOS. L'estructura del dispositiu LDMOS es mostra a la figura 1. LDMOS és un dispositiu d'alimentació amb una estructura difusa doble. Aquesta tècnica consisteix a implantar dues vegades a la mateixa regió font / drenatge, una implantació d’arsènic (As) amb una concentració més gran (dosi d’implantació típica de 1015cm-2) i una altra implantació de bor (amb una concentració menor (dosi d’implantació típica de 1013cm-2)). B). Després de la implantació, es realitza un procés de propulsió a alta temperatura. Atès que el bor es difon més ràpidament que l'arsènic, es difondrà més al llarg de la direcció lateral sota el límit de la porta (pou P a la figura), formant un canal amb un gradient de concentració i la seva longitud de canal Determinada per la diferència entre les dues distàncies de difusió laterals . Per augmentar la tensió de ruptura, hi ha una regió de deriva entre la regió activa i la regió de desguàs. La regió de deriva a LDMOS és la clau per al disseny d’aquest tipus de dispositius. La concentració d’impureses a la regió de deriva és relativament baixa. Per tant, quan el LDMOS està connectat a una alta tensió, la regió de deriva pot suportar una tensió més alta a causa de la seva alta resistència. El LDMOS policristal·lí que es mostra a la figura 1 s’estén al oxigen del camp a la regió de la deriva i actua com una placa de camp, que debilitarà el camp elèctric superficial a la regió de la deriva i ajudarà a augmentar el voltatge de ruptura. L'efecte de la placa de camp està estretament relacionat amb la longitud de la placa de camp. Per fer que la placa de camp sigui totalment funcional, cal dissenyar el gruix de la capa de SiO2 i, en segon lloc, s’ha de dissenyar la longitud de la placa de camp.
El procés de fabricació LDMOS combina processos de BPT i arseniur de gal. Diferent del procés MOS estàndard, iEn l’embalatge del dispositiu, LDMOS no utilitza capa d’aïllament d’òxid de beril·li BeO, sinó que està directament cablejat al substrat. Es millora la conductivitat tèrmica, es millora la resistència a l’alta temperatura del dispositiu i s’allarga molt la vida útil del dispositiu. . A causa de l’efecte de temperatura negativa del tub LDMOS, el corrent de fuita s’equilibra automàticament quan s’escalfa i l’efecte positiu de la temperatura del tub bipolar no forma un punt calent local al corrent del col·lector, de manera que el tub no es faci malbé fàcilment. Així doncs, el tub LDMOS enforteix en gran mesura la capacitat portant del desajust de la càrrega i de la sobreexcitació. També a causa de l’efecte compartit de corrent automàtic del tub LDMOS, la seva corba característica d’entrada-sortida es corba lentament en el punt de compressió d’1 dB (secció de saturació per a aplicacions de senyal de grans dimensions), de manera que s’amplia el rang dinàmic, cosa que propicia l’amplificació i senyals de TV digital RF. LDMOS és aproximadament lineal quan s’amplifiquen senyals petits amb gairebé cap distorsió d’intermodulació, cosa que simplifica en gran mesura el circuit de correcció. El corrent de porta de corrent continu del dispositiu MOS és gairebé nul, el circuit de polarització és senzill i no cal un circuit actiu complex de polarització de baixa impedància amb compensació de temperatura positiva.
Per a LDMOS, el gruix de la capa epitaxial, la concentració de dopatge i la longitud de la regió de deriva són els paràmetres característics més importants. Podem augmentar la tensió de ruptura augmentant la longitud de la regió de deriva, però això augmentarà l’àrea del xip i la resistència a la resistència. La tensió de resistència i la resistència d'encesa dels dispositius DMOS d'alta tensió depenen d'un compromís entre la concentració i el gruix de la capa epitaxial i la longitud de la regió de deriva. Com que el voltatge de resistència i la resistència a l’encesa tenen requisits contradictoris per a la concentració i el gruix de la capa epitaxial. Un alt voltatge de ruptura requereix una capa epitaxial gruixuda lleugerament dopada i una regió de deriva llarga, mentre que una baixa resistència a la resistència requereix una capa epitaxial fina fortament dopada i una regió de deriva curta. Per tant, cal seleccionar els millors paràmetres epitaxials i la regió de deriva Longitud per tal d’obtenir la menor resistència a l’encès sota la premissa de complir un determinat voltatge de ruptura de drenatge de la font.
LDMOS té un rendiment excepcional en els aspectes següents:
1. Estabilitat tèrmica; 2. Estabilitat de freqüència; 3. Major guany; 4. Millora de la durabilitat; 5. Soroll més baix; 6. Menor capacitat de retroalimentació; 7. Circuit de corrent de polarització més senzill; 8. Impedància d’entrada constant; 9. Millor rendiment IMD; 10. Menor resistència tèrmica; 11. Millor capacitat AGC. Els dispositius LDMOS són especialment adequats per a CDMA, W-CDMA, TETRA, televisió digital terrestre i altres aplicacions que requereixen un ampli rang de freqüències, alta linealitat i requisits de vida útil elevats.
LDMOS s’utilitzava principalment per a amplificadors de potència de RF en estacions base de telèfons mòbils els primers dies, i també es pot aplicar a transmissors de transmissió HF, VHF i UHF, radars de microones i sistemes de navegació, etc. Superant totes les tecnologies d’alimentació de RF, la tecnologia de transistors de semiconductors d’òxid de metall difós lateralment (LDMOS) aporta una proporció de pic-a-mitjana (PAR, Peak-a-Aerage) de major potència, major guany i linealitat a la nova generació d’amplificadors d’estacions base. temps, aporta una taxa de transmissió de dades més alta per als serveis multimèdia. A més, el rendiment excel·lent continua augmentant amb l'eficiència i la densitat de potència. En els darrers quatre anys, la tecnologia LDMOS de 0.8 micres de segona generació de Philips ha tingut un rendiment enlluernador i una capacitat de producció massiva estable en sistemes GSM, EDGE i CDMA. En aquesta etapa, per tal de satisfer els requisits dels amplificadors de potència de múltiples portadores (MCPA) i els estàndards W-CDMA, també es proporciona una tecnologia LDMOS actualitzada.
