LDMOS结构/优点

LDMOS( Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor)横向扩散金属氧化物半导体)是为900MHz蜂窝电话技术开发的，蜂窝通信市场的不断增长保证了LDMOS晶体管的应用，也使得LDMOS的技术不断成熟，成本不断降低，因此今后在多数情况下它将取代双极型晶体管技术。与双极型晶体管相比,LDMOS管的增益更高，LDMOS管的增益可达14dB以上，而双极型晶体管在5~6dB,采用LDMOS管的PA模块的增益可达60dB左右。这表明对于相同的输出功率需要更少的器件，从而增大功放的可靠性。

　　LDMOS能经受住高于双极型晶体管3倍的驻波比，能在较高的反射功率下运行而没有破坏LDMOS设备;它较能承受输入信号的过激励和适合发射数字信号，因为它有高级的瞬时峰值功率。LDMOS增益曲线较平滑并且允许多载波数字信号放大且失真较小。LDMOS管有一个低且无变化的互调电平到饱和区，不像双极型晶体管那样互调电平高且随着功率电平的增加而变化。这种主要特性允许LDMOS晶体管执行高于双极型晶体管二倍的功率，且线性较好。LDMOS晶体管具有较好的温度特性温度系数是负数，因此可以防止热耗散的影响。这种温度稳定性允许幅值变化只有0.1dB，而在有相同的输入电平的情况下，双极型晶体管幅值变化从0.5~0.6dB,且通常需要温度补偿电路。

　　LDMOS由于更容易与CMOS工艺兼容而被广泛采用。LDMOS器件结构如图1所示，LDMOS是一种双扩散结构的功率器件。这项技术是在相同的源/漏区域注入两次，一次注入浓度较大(典型注入剂量 1015cm-2)的砷(As)，另一次注入浓度较小(典型剂量1013cm-2)的硼(B)。注入之后再进行一个高温推进过程，由于硼扩散比砷快，所以在栅极边界下会沿着横向扩散更远(图中P阱)，形成一个有浓度梯度的沟道，它的沟道长度由这两次横向扩散的距离之差决定。为了增加击穿电压，在有源区和漏区之间有一个漂移区。LDMOS中的漂移区是该类器件设计的关键，漂移区的杂质浓度比较低，因此，当LDMOS 接高压时，漂移区由于是高阻，能够承受更高的电压。图1所示LDMOS的多晶扩展到漂移区的场氧上面，充当场极板，会弱化漂移区的表面电场，有利于提高击穿电压。场极板的作用大小与场极板的长度密切相关。要使场极板能充分发挥作用，一要设计好SiO2层的厚度，二要设计好场极板的长度。

　　LDMOS制造工艺结合了BPT和砷化镓工艺。与标准MOS工艺不同的是，在器件封装上，LDMOS没有采用BeO氧化铍隔离层，而是直接硬接在衬底上，导热性能得到改善，提高了器件的耐高温性，大大延长了器件寿命。由于LDMOS管的负温效应，其漏电流在受热时自动均流，而不会象双极型管的正温度效应在收集极电流局部形成热点，从而管子不易损坏。所以LDMOS管大大加强了负载失配和过激励的承受能力。同样由于LDMOS管的自动均流作用，其输入-输出特性曲线在1dB 压缩点(大信号运用的饱和区段)下弯较缓，所以动态范围变宽，有利于模拟和数字电视射频信号放大。LDMOS在小信号放大时近似线性，几乎没有交调失真，很大程度简化了校正电路。MOS器件的直流栅极电流几乎为零，偏置电路简单，无需复杂的带正温度补偿的有源低阻抗偏置电路。

　　对LDMOS而言，外延层的厚度、掺杂浓度、漂移区的长度是其最重要的特性参数。我们可以通过增加漂移区的长度以提高击穿电压，但是这会增加芯片面积和导通电阻。高压DMOS器件耐压和导通电阻取决于外延层的浓度、厚度及漂移区长度的折中选择。因为耐压和导通阻抗对于外延层的浓度和厚度的要求是矛盾的。高的击穿电压要求厚的轻掺杂外延层和长的漂移区，而低的导通电阻则要求薄的重掺杂外延层和短的漂移区，因此必须选择最佳外延参数和漂移区长度，以便在满足一定的源漏击穿电压的前提下，得到最小的导通电阻。

　　LDMOS在以下方面具有出众的性能：

　　1.热稳定性;2.频率稳定性;3.更高的增益;4.提高的耐久性;5.更低的噪音;6.更低的反馈电容;7.更简单的偏流电路;8.恒定的输入阻抗;9.更好的IMD性能;10.更低的热阻;11.更佳的AGC能力。LDMOS器件特别适用于CDMA、W-CDMA、TETRA、数字地面电视等需要宽频率范围、高线性度和使用寿命要求高的应用。

　　LDMOS 初期主要面向移动电话基站的 RF 功率放大器，也可以应用于 HF、VHF 与 UHF 广播传输器以及微波雷达与导航系统等等。凌驾于所有 RF 功率技术，侧面扩散 MOS (LDMOS, Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor) 晶体管技术为新一代基站放大器带来较高的功率峰均比 (PAR, Peak-to-Aerage)、更高增益与线性度，同时为多媒体服务带来更高的数据传输率。此外，卓越的效能也随着效率以及功率密度持续不断地提升。过去四年来，飞利浦第二代 0.8 微米 LDMOS 技术在 GSM、EDGE 与 CDMA 系统上拥有耀眼的效能与稳定的批量生产能力，现阶段为了满足多载波功率放大器 (MCPA) 与 W-CDMA 标准的需求，还提供了更新的 LDMOS 技术。

　　飞利浦第三代 0.8 微米超低失真 LDMOS 技术采用非统一参杂 (doping) 方式，称之为分散 Vt 概念，与传统的 LDMOS 比较，补偿线性提升了 5 到 8dB，使得这项技术特别适合应用于 3G 基站内的 MCPA 驱动器，同时比上一代 LDMOS 产品的功率增益要高 2 dB。

　　飞利浦第四代 LDMOS 技术将效能进一步提升，这种新型的 0.6 微米工艺提升了 50% 的功率密度以及 6 % 到 8 % 的 W-CDMA 效率，功率增益则也比先前的 0.8 微米技术提高了 2 dB。

　　飞利浦的第五代 LDMOS 技术将效能提升到全新的境界，它为 W-CDMA 放大器效率奠定了新标准，同时提供所有移动电话标准的主要优势，例如 0.4 微米工艺技术为 W-CDMA 带来超过 30% 的效率，并为 PCS/DCS 带来 17dB 的增益，此外，低记忆效应也可以使用最新的数字预失真 (DPD, Pre-Distortion) 系统，高线性度则可以改善多载波功率放大器。我们的第五代技术同时也将热阻抗由第四代的 0.76 降低到 0.5 K/W，这将可以提升可靠度、缩小基站的尺寸并节省功率与冷却成本，第五代的 LDMOS 比第四代高了 20% 的功率密度，让我们能够推出在单端式封装上达 150W CW 运作的器件。

　　我们的第五代 LDMOS 采用专利的四层金属堆栈来进一步提升可靠度与平均无故障时间 (MTTF)，而宽厚的 AlCu 金属化方式也比传统的 LDMOS 在相同 MTTF 下高了 25°C 的接点温度运作，如果使用于 160°C 的标准晶体管接点温度上，这项技术比传统 W-CDMA 运作应用的 LDMOS 可靠度高上四倍，MTTF 将超过 1000 年。