MOS管與射頻MOS管有哪些區(qū)別？工程師必看-KIA MOS管

MOS管與射頻MOS管

MOS管中文名為場(chǎng)效應(yīng)管，功能類似開關(guān)三級(jí)管，是一種壓控元器件，有柵極（G），漏極（D），源極（S）三個(gè)極（管腳），通過控制柵極的電壓來導(dǎo)通和關(guān)閉漏極和源極；

由于有高輸入阻抗和低導(dǎo)通電阻的特性，常用于各類需要大電流和高電壓控制的產(chǎn)品電源設(shè)計(jì)中，起到電子開關(guān)及驅(qū)動(dòng)大負(fù)載的作用。

MOS管按工作方式分為兩大類： N溝道和P溝道。N溝道用正電壓控制， P溝道用負(fù)電壓控制。往期文章有詳細(xì)分析過MOS管，下文就詳細(xì)分析一下射頻MOS管。

射頻MOS管-LDMOS

LDMOS( Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor ;橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體)是為900MHz蜂窩電話技術(shù)開發(fā)的,蜂窩通信市場(chǎng)的不斷增長(zhǎng)保證了LDMOS晶體管的應(yīng)用, 也使得LDMOS的技術(shù)不斷成熟,成本不斷降低,因此今后在多數(shù)情況下它將取代雙極型晶體管技術(shù)。

與雙極型晶體管相比,LDMOS管的增益更高, LDMOS管的增益可達(dá)14dB以上,而雙極型晶體管在5~ 6dB,采用LDMOS管的PA模塊的增益可達(dá)60dB左右。這表明對(duì)于相同的輸出功率需要更少的器件,從而增大功放的可靠性。

LDMOS能經(jīng)受住高于雙極型晶體管3倍的駐波比,能在較高的反射功率下運(yùn)行而沒有破壞LDMOS設(shè)備;它較能承受輸入信號(hào)的過激勵(lì)和適合發(fā)射數(shù)字信號(hào),因?yàn)樗懈呒?jí)的瞬時(shí)峰值功率。

LDMOS增益曲線較平滑并且允許多載波數(shù)字信號(hào)放大且失真較小。LDMOS管有一個(gè)低且無變化的互調(diào)電平到飽和區(qū),不像雙極型晶體管那樣互調(diào)電平高且隨著功率電平的增加而變化。這種主要特性允許LDMOS晶體管執(zhí)行高于雙極型晶體管二倍的功率,且線性較好。

LDMOS晶體管具有較好的溫度特性溫度系數(shù)是負(fù)數(shù),因此可以防止熱耗散的影響。這種溫度穩(wěn)定性允許幅值變化只有0.1dB ,而在有相同的輸入電平的情況下,雙極型晶體管幅值變化從0.5~0.6dB,且通常需要溫度補(bǔ)償電路。

LDMOS由于更容易與CMOSI藝兼容而被廣泛采用。LDMOS器件結(jié)構(gòu)如圖所示，LDMOS是一種雙擴(kuò)散結(jié)構(gòu)的功率器件。

這項(xiàng)技術(shù)是在相同的源/漏區(qū)域注入兩次, 一次注入濃度較大(典型注入劑量1015cm-2 )的砷(As) ,另一次注入濃度較小(典型劑量1013cm-2)的硼(B)。

注入之后再進(jìn)行一個(gè)高溫推進(jìn)過程，由于硼擴(kuò)散比砷快,所以在柵極邊界下會(huì)沿著橫向擴(kuò)散更遠(yuǎn)(圖中P阱) , 形成一個(gè)有濃度梯度的溝道,它的溝道長(zhǎng)度由這兩次橫向擴(kuò)散的距離之差決定。

為了增加擊穿電壓,在有源區(qū)和漏區(qū)之間有一個(gè)漂移區(qū)。LDMOS中的漂移區(qū)是該類器件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵,漂移區(qū)的雜質(zhì)濃度比較低,因此,當(dāng)LDMOS接高壓時(shí),漂移區(qū)由于是高阻,能夠承受更高的電壓。

圖所示LDMOS的多晶擴(kuò)展到漂移區(qū)的場(chǎng)氧上面,充當(dāng)場(chǎng)極板,會(huì)弱化漂移區(qū)的表面電場(chǎng),有利于提高擊穿電壓。場(chǎng)極板的作用大小與場(chǎng)極板的長(zhǎng)度密切相關(guān)。要使場(chǎng)極板能充分發(fā)揮作用,一要設(shè)計(jì)好SiO2層的厚度 ,二要設(shè)計(jì)好場(chǎng)極板的長(zhǎng)度。

LDMOS制造工藝結(jié)合了BPT和砷化鎵工藝。與標(biāo)準(zhǔn)MOS工藝不同的是, 在器件封裝上,LDMOS沒有采用BeO氧化鈹隔離層,而是直接硬接在襯底上,導(dǎo)熱性能得到改善,提高了器件的耐高溫性,大大延長(zhǎng)了器件壽命。

由于LDMOS管的負(fù)溫效應(yīng),其漏電流在受熱時(shí)自動(dòng)均流,而不會(huì)象雙極型管的正溫度效應(yīng)在收集極電流局部形成熱點(diǎn),從而管子不易損壞。所以LDMOS管大大加強(qiáng)了負(fù)載失配和過激勵(lì)的承受能力。

同樣由于LDMOS管的自動(dòng)均流作用,其輸入-輸出特性曲線在1dB壓縮點(diǎn)(大信號(hào)運(yùn)用的飽和區(qū)段)下彎較緩,所以動(dòng)態(tài)范圍變寬,有利于模擬和數(shù)字電視射頻信號(hào)放大。

LDMOS在小信號(hào)放大時(shí)近似線性,幾乎沒有交調(diào)失真,很大程度簡(jiǎn)化了校正電路。MOS器件的直流柵極電流幾乎為零,偏置電路簡(jiǎn)單,無需復(fù)雜的帶正溫度補(bǔ)償?shù)挠性吹妥杩蛊秒娐贰?/span>

對(duì)LDMOS而言,外延層的厚度、摻雜濃度、漂移區(qū)的長(zhǎng)度是其最重要的特性參數(shù)。我們可以通過增加漂移區(qū)的長(zhǎng)度以提高擊穿電壓,但是這會(huì)增加芯片面積和導(dǎo)通電阻。

LDMOS器件耐壓和導(dǎo)通電阻取決于外延層的濃度、厚度及漂移區(qū)長(zhǎng)度的折中選擇。因?yàn)槟蛪?/span>和導(dǎo)通阻抗對(duì)于外延層的濃度和厚度的要求是矛盾的。

高的擊穿電壓要求厚的輕摻雜外延層和長(zhǎng)的漂移區(qū),而低的導(dǎo)通電阻則要求薄的重?fù)诫s外延層和短的漂移區(qū),因此必須選擇最佳外延參數(shù)和漂移區(qū)長(zhǎng)度,以便在滿足一定的源漏擊穿電壓的前提下,得到最小的導(dǎo)通電阻。

LDMOS在以下方面具有出眾的性能:

1.熱穩(wěn)定性;

2.頻率穩(wěn)定性;

3.更高的增益;

4.提高的耐久性;

5.更低的噪音;

6.更低的反饋電容;

7.更簡(jiǎn)單的偏流電路;

8.恒定的輸入阻抗;

9.更好的IMD性能;

10.更低的熱阻;

11.更佳的AGC能力。

LDMOS器件特別適用于CDMA、W-CDMA、TETRA、 數(shù)字地面電視等需要寬頻率范圍、高線性度和使用壽命要求高的應(yīng)用。

LDMOS初期主要面向移動(dòng)電話基站的RF功率放大器,也可以應(yīng)用于HF、VHF與UHF廣播傳輸器以及微波雷達(dá)與導(dǎo)航系統(tǒng)等等。

駕于所有RF功率技術(shù),側(cè)面擴(kuò)散MOS(LDMOS, Laterally DiffusedMetal Oxide Semiconductor)晶體管技術(shù)為新一代基站放大器帶來較高的功率峰均比(PAR,Peak-to-Aerage)、更高增益與線性度,同時(shí)為多媒體服務(wù)帶來更高的數(shù)據(jù)傳輸率。

LDMOS管主要參數(shù)

1.工作頻率范圍

指器件可以對(duì)什么頻率進(jìn)行放大，一旦超出這個(gè)頻率范圍，其放大性能將下降，不能輸出要求的功率。現(xiàn)有的產(chǎn)品只支持136MHz到941MHz。

2.輸出功率

指器件可以輸出的最大發(fā)射功率，發(fā)射功率越大則距離越遠(yuǎn)，現(xiàn)有的規(guī)格有0.15W，0.2W，0.5W，1W，5W。

3.增益

指器件的放大能力，以dB為單位，產(chǎn)品的增益為16dB到21dB不等。

4.效率

指輸出的射頻功率與電源供給的直流功率之比，效率越高，則輸出同樣發(fā)射功率的條件下，耗電越小，LDMOS管的效率在60%-76%之間。

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