LDMOS(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor)는 900MHz 휴대폰 기술을 위해 개발되었습니다. 셀룰러 통신 시장의 지속적인 성장은 LDMOS 트랜지스터의 응용을 보장하고 LDMOS 기술을 계속 성숙하게 만들고 비용을 계속 낮추므로 앞으로 대부분의 경우 바이폴라 트랜지스터 기술을 대체하게 될 것입니다. 바이폴라 트랜지스터와 비교하여 LDMOS 튜브의 이득이 더 높습니다. LDMOS 튜브의 이득은 14dB 이상에 도달할 수 있는 반면 바이폴라 트랜지스터의 이득은 5~6dB입니다. LDMOS 튜브를 사용하는 PA 모듈의 이득은 약 60dB에 도달할 수 있습니다. 이는 동일한 출력 전력에 더 적은 수의 장치가 필요하므로 전력 증폭기의 신뢰성이 향상됨을 보여줍니다.
LDMOS는 바이폴라 트랜지스터보다 0.1배 높은 정재파 비율을 견딜 수 있으며 LDMOS 장치를 파괴하지 않고 더 높은 반사 전력에서 작동할 수 있습니다. 그것은 입력 신호의 과도한 여기를 견딜 수 있으며 고급 순시 피크 전력을 가지고 있기 때문에 디지털 신호 전송에 적합합니다. LDMOS 이득 곡선은 더 부드럽고 왜곡이 적은 다중 반송파 디지털 신호 증폭을 허용합니다. LDMOS 튜브는 높은 상호변조 레벨을 갖고 전력 레벨의 증가에 따라 변화하는 바이폴라 트랜지스터와 달리 포화 영역에 대해 낮고 변하지 않은 상호 변조 레벨을 갖습니다. 이 주요 기능을 통해 LDMOS 트랜지스터는 더 나은 선형성으로 바이폴라 트랜지스터보다 0.5배 더 많은 전력을 수행할 수 있습니다. LDMOS 트랜지스터는 더 나은 온도 특성을 가지며 온도 계수가 음수이므로 방열의 영향을 방지할 수 있습니다. 이러한 온도 안정성은 진폭 변화가 0.6dB에 불과하며 동일한 입력 레벨의 경우 바이폴라 트랜지스터의 진폭이 XNUMXdB에서 XNUMXdB로 변화하며 일반적으로 온도 보상 회로가 필요합니다.
LDMOS 구조 특성 및 사용 장점
LDMOS는 CMOS 기술과의 호환성이 더 쉽기 때문에 널리 채택됩니다. LDMOS 소자 구조는 그림 1과 같다. LDMOS는 이중 확산 구조의 전력 소자이다. 이 기술은 동일한 소스/드레인 영역에 두 번 주입하는 것인데, 한 번은 더 큰 농도로 비소(As)를 주입하고(전형적인 주입 선량은 1015cm-2), 다른 하나는 더 낮은 농도로(일반적인 주입 선량은 1013cm-2)). 비). 이식 후 고온 추진 과정을 거칩니다. 붕소는 비소보다 빠르게 확산되기 때문에 게이트 경계(그림의 P-well) 아래 측면 방향을 따라 더 확산되어 농도 구배가 있는 채널을 형성하고 채널 길이는 두 측면 확산 거리의 차이에 의해 결정됩니다. . 항복 전압을 높이기 위해 활성 영역과 드레인 영역 사이에 드리프트 영역이 있습니다. LDMOS의 드리프트 영역은 이러한 유형의 장치 설계의 핵심입니다. 드리프트 영역의 불순물 농도는 상대적으로 낮습니다. 따라서 LDMOS가 고전압에 연결되면 드리프트 영역은 높은 저항으로 인해 더 높은 전압을 견딜 수 있습니다. 그림 1에 표시된 다결정 LDMOS는 드리프트 영역의 필드 산소까지 확장되고 필드 플레이트 역할을 하여 드리프트 영역의 표면 전기장을 약화시키고 항복 전압을 높이는 데 도움이 됩니다. 필드 플레이트의 효과는 필드 플레이트의 길이와 밀접한 관련이 있습니다. Field plate가 제대로 작동하려면 SiO2 층의 두께를 설계해야 하고 두 번째로 field plate의 길이를 설계해야 합니다.
LDMOS 제조 공정은 BPT와 갈륨 비소 공정을 결합합니다. 표준 MOS 프로세스와 달리 i소자 패키징에서 LDMOS는 BeO 베릴륨 산화물 절연층을 사용하지 않고 기판에 직접 배선됩니다. 열전도율이 향상되고 장치의 고온 저항이 향상되며 장치 수명이 크게 연장됩니다. . LDMOS 튜브의 음의 온도 효과로 인해 가열되면 누설 전류가 자동으로 균일해지고 바이폴라 튜브의 양의 온도 효과는 컬렉터 전류에 국부적인 핫스팟을 형성하지 않으므로 튜브가 쉽게 손상되지 않습니다. 따라서 LDMOS 튜브는 부하 불일치 및 과여자의 지지력을 크게 강화합니다. 또한 LDMOS 튜브의 자동 전류 공유 효과로 인해 입력-출력 특성 곡선이 1dB 압축 지점(대형 신호 응용 프로그램의 경우 포화 섹션)에서 천천히 곡선을 그리므로 동적 범위가 넓어져 아날로그 증폭에 도움이 됩니다. 및 디지털 TV RF 신호. LDMOS는 상호변조 왜곡이 거의 없는 작은 신호를 증폭할 때 거의 선형이므로 보정 회로를 크게 단순화합니다. MOS 장치의 DC 게이트 전류는 거의 XNUMX이고 바이어스 회로는 간단하며 양의 온도 보상이 있는 복잡한 능동 저임피던스 바이어스 회로가 필요하지 않습니다.
LDMOS의 경우 에피택시층의 두께, 도핑 농도, 드리프트 영역의 길이가 가장 중요한 특성 파라미터입니다. 드리프트 영역의 길이를 증가시켜 항복 전압을 높일 수 있지만 이는 칩 면적과 온 저항을 증가시킵니다. 고전압 DMOS 장치의 내전압 및 온 저항은 에피택셜 층의 농도 및 두께와 드리프트 영역의 길이 간의 절충에 따라 달라집니다. 내전압과 온 저항은 에피택셜 층의 농도와 두께에 대해 상반된 요구 사항을 갖기 때문입니다. 높은 항복 전압은 두껍게 도핑된 에피택셜 층과 긴 드리프트 영역을 필요로 하는 반면, 낮은 온 저항은 얇게 많이 도핑된 에피택셜 층과 짧은 드리프트 영역을 필요로 합니다. 따라서 특정 소스-드레인 항복 전압을 충족한다는 전제 하에 가장 작은 온 저항을 얻으려면 최상의 에피택셜 매개변수와 드리프트 영역을 길이로 선택해야 합니다.
LDMOS는 다음과 같은 측면에서 뛰어난 성능을 보입니다.
1. 열 안정성; 2. 주파수 안정성; 3. 더 높은 이득; 4. 향상된 내구성; 5. 낮은 소음; 6. 더 낮은 피드백 커패시턴스; 7. 더 간단한 바이어스 전류 회로; 8 . 일정한 입력 임피던스; 9. 더 나은 IMD 성능; 10. 낮은 열 저항; 11. 더 나은 AGC 기능. LDMOS 장치는 특히 CDMA, W-CDMA, TETRA, 디지털 지상파 텔레비전 및 넓은 주파수 범위, 높은 선형성 및 높은 서비스 수명 요구 사항이 필요한 기타 애플리케이션에 적합합니다.
LDMOS는 초기에 주로 휴대전화 기지국의 RF 전력 증폭기에 사용되었으며 HF, VHF 및 UHF 방송 송신기, 마이크로파 레이더 및 내비게이션 시스템 등에 적용할 수 있습니다. 모든 RF 전력 기술을 능가하는 LDMOS(Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터 기술은 차세대 기지국 증폭기에 더 높은 전력 피크 대 평균 비율(PAR, Peak-to-Aerage), 더 높은 이득 및 선형성을 제공합니다. 시간이 지남에 따라 멀티미디어 서비스에 대한 더 높은 데이터 전송 속도를 가져옵니다. 또한 효율성과 전력 밀도에 따라 우수한 성능이 계속해서 증가하고 있습니다. 지난 0.8년 동안 필립스의 XNUMX세대 XNUMX마이크론 LDMOS 기술은 GSM, EDGE 및 CDMA 시스템에서 눈부신 성능과 안정적인 대량 생산 능력을 갖추고 있습니다. 이 단계에서 다중 반송파 전력 증폭기(MCPA) 및 W-CDMA 표준의 요구 사항을 충족하기 위해 업데이트된 LDMOS 기술도 제공됩니다.
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