提高LDMOS耐压性能的射频集成电路设计
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更新于2024-09-07
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"适用于射频集成电路的抗击穿LDMOS设计"
LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)是一种广泛应用于移动通信基站、雷达和导航系统的半导体器件,因其高功率增益、高效率和成本效益而备受青睐。尤其在3G手机基站的射频放大器中,射频大功率LDMOS因其能在P、L波段以上的频率工作并提供良好的性价比而成为首选。
然而,随着集成电路的集成度不断提高和器件特征尺寸减小,栅氧化层的厚度变得越来越薄,导致器件的栅耐压能力减弱,击穿电压成为衡量LDMOS可靠性的关键参数。击穿电压不仅决定了器件的最大输出功率,还直接影响其耐压能力。因此,设计中必须考虑提高LDMOS的抗击穿能力。
LDMOS的基本结构采用双扩散技术,磷在同一流程窗口内进行扩散,沟道长度由两种扩散的横向结深决定。其独特之处在于,由于漂移区隔离了漏区和沟道,当施加的电压Vds增大时,输出电阻保持稳定,而且由于栅电极与漏区不重叠,进一步提高了漏源击穿电压。
LDMOS的耐压性能受多种因素影响,包括埋层、漂移区掺杂浓度和衬底掺杂浓度。首先,N型埋藏层(NBL)在P衬底中的注入有助于形成寄生三极管,为电流提供放电路径,减少内部电阻,同时通过降低沟道附近的等位线曲率提升击穿电压。其次,漂移区的掺杂浓度至关重要,低掺杂的漂移区是LDMOS击穿电压高于传统MOS的关键。漂移区长度、深度和浓度都与击穿电压紧密相关,长度增加能提高击穿电压,但超过一定值后,增加的效果会减缓。最后,衬底掺杂浓度也会影响耐压性能,适当的掺杂可以优化漂移区的电荷分布,从而提升器件的击穿特性。
在设计LDMOS时,优化这些参数是提高其抗击穿能力的核心。通过精细调整埋层的结构,控制漂移区的掺杂浓度和漂移区长度,以及合理设定衬底掺杂,可以实现LDMOS器件性能的显著提升,使其在射频集成电路应用中更加可靠和高效。
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