MOS管與射頻MOS管有哪些區別？工程師必看-KIA MOS管

MOS管與射頻MOS管

MOS管中文名為場效應管，功能類似開關三級管，是一種壓控元器件，有柵極（G），漏極（D），源極（S）三個極（管腳），通過控制柵極的電壓來導通和關閉漏極和源極；

由于有高輸入阻抗和低導通電阻的特性，常用于各類需要大電流和高電壓控制的產品電源設計中，起到電子開關及驅動大負載的作用。

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溝道用負電壓控制。往期文章有詳細分析過MOS管，下文就詳細分析一下射頻MOS管。

射頻MOS管-LDMOS

LDMOS( Laterally Diffused Metal Oxide Semiconductor ;橫向擴散金屬氧化物半導體)是為900MHz蜂窩電話技術開發的,蜂窩通信市場的不斷增長保證了LDMOS晶體管的應用, 也使得LDMOS的技術不斷成熟,成本不斷降低,因此今后在多數情況下它將取代雙極型晶體管技術。

與雙極型晶體管相比,LDMOS管的增益更高, LDMOS管的增益可達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60dB左右。這表明對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行而沒有破壞LDMOS設備;它較能承受輸入信號的過激勵和適合發射數字信號,因為它有高級的瞬時峰值功率。

LDMOS增益曲線較平滑并且允許多載波數字信號放大且失真較小。LDMOS管有一個低且無變化的互調電平到飽和區,不像雙極型晶體管那樣互調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是負數,因此可以防止熱耗散的影響。這種溫度穩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,且通常需要溫度補償電路。

LDMOS由于更容易與CMOSI藝兼容而被廣泛采用。LDMOS器件結構如圖所示，LDMOS是一種雙擴散結構的功率器件。

這項技術是在相同的源/漏區域注入兩次, 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)。

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

為了增加擊穿電壓,在有源區和漏區之間有一個漂移區。LDMOS中的漂移區是該類器件設計的關鍵,漂移區的雜質濃度比較低,因此,當LDMOS接高壓時,漂移區由于是高阻,能夠承受更高的電壓。

圖所示LDMOS的多晶擴展到漂移區的場氧上面,充當場極板,會弱化漂移區的表面電場,有利于提高擊穿電壓。場極板的作用大小與場極板的長度密切相關。要使場極板能充分發揮作用,一要設計好SiO2層的厚度 ,二要設計好場極板的長度。

LDMOS制造工藝結合了BPT和砷化鎵工藝。與標準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,導熱性能得到改善,提高了器件的耐高溫性,大大延長了器件壽命。

由于LDMOS管的負溫效應,其漏電流在受熱時自動均流,而不會象雙極型管的正溫度效應在收集極電流局部形成熱點,從而管子不易損壞。所以LDMOS管大大加強了負載失配和過激勵的承受能力。

同樣由于LDMOS管的自動均流作用,其輸入-輸出特性曲線在1dB壓縮點(大信號運用的飽和區段)下彎較緩,所以動態范圍變寬,有利于模擬和數字電視射頻信號放大。

LDMOS在小信號放大時近似線性,幾乎沒有交調失真,很大程度簡化了校正電路。MOS器件的直流柵極電流幾乎為零,偏置電路簡單,無需復雜的帶正溫度補償的有源低阻抗偏置電路。

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

LDMOS器件耐壓和導通電阻取決于外延層的濃度、厚度及漂移區長度的折中選擇。因為耐壓和導通阻抗對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的漂移區,而低的導通電阻則要求薄的重摻雜外延層和短的漂移區,因此必須選擇最佳外延參數和漂移區長度,以便在滿足一定的源漏擊穿電壓的前提下,得到最小的導通電阻。

LDMOS在以下方面具有出眾的性能:

1.熱穩定性;

2.頻率穩定性;

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用。

LDMOS初期主要面向移動電話基站的RF功率放大器,也可以應用于HF、VHF與UHF廣播傳輸器以及微波雷達與導航系統等等。

駕于所有RF功率技術,側面擴散MOS(LDMOS, Laterally DiffusedMetal Oxide Semiconductor)晶體管技術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,同時為多媒體服務帶來更高的數據傳輸率。

LDMOS管主要參數

1.工作頻率范圍

指器件可以對什么頻率進行放大，一旦超出這個頻率范圍，其放大性能將下降，不能輸出要求的功率。現有的產品只支持136MHz到941MHz。

2.輸出功率

指器件可以輸出的最大發射功率，發射功率越大則距離越遠，現有的規格有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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