DMOS與CMOS器件結構類似,也有源、漏、柵等電極,但是漏端擊穿電壓高。DMOS器件是由成百上千的單一結構的DMOS 單元所組成的。LDMOS由於更容易與CMOS工藝兼容而被廣泛採用。
基本介紹
- 中文名:DMOS和LDMOS器件
- 優勢:漏端擊穿電壓高
- 類型:兩種
- 採用:廣泛採用
DMOS/LDMOS器件,LDMOS在以下方面具有出眾的性能,
DMOS/LDMOS器件
DMOS與CMOS器件結構類似,也有源、漏、柵等電極,但是漏端擊穿電壓高。 DMOS主要有兩種類型,垂直雙擴散金屬氧化物半導體場效應管VDMOSFET(vertical double-diffused MOSFET)和橫向雙擴散金屬氧化物半導體場效應管LDMOSFET(lateral double-diffused MOSFET)。
DMOS器件是由成百上千的單一結構的DMOS 單元所組成的。這些單元的數目是根據一個晶片所需要的驅動能力所決定的,DMOS的性能直接決定了晶片的驅動能力和晶片面積。對於一個由多個基本單元結構組成的LDMOS器件,其中一個最主要的考察參數是導通電阻,用R ds(on)表示。導通電阻是指在器件工作時,從漏到源的電阻。對於 LDMOS器件應儘可能減小導通電阻,就是BCD工藝流程所追求的目標。當導通電阻很小時,器件就會提供一個很好的開關特性,因為漏源之間小的導通電阻,會有較大的輸出電流,從而可以具有更強的驅動能力。DMOS的主要技術指標有:導通電阻、閾值電壓、擊穿電壓等。
在功率套用中,由於DMOS技術採用垂直器件結構(如垂直NPN雙極電晶體),因此具有很多優點,包括高電流驅動能力、低Rds導通電阻和高擊穿電壓等。
LDMOS由於更容易與CMOS工藝兼容而被廣泛採用。LDMOS器件結構如圖1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)。注入之後再進行一個高溫推進過程,由於硼擴散比砷快,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,漂移區由於是高阻,能夠承受更高的電壓。圖1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,有利於提高擊穿電壓。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。
![DMOS和LDMOS器件 DMOS和LDMOS器件](/img/a/9ec/nBnauADNjlTOlFDMwEDZ4kDZldTM4EDMiV2YmZWYjFmNzIGN5AjN3YWZhN2LtVGdp9yYpB3LltWahJ2Lt92YuUHZpFmYuMmczdWbp9yL6MHc0RHa.jpg)
LDMOS製造工藝結合了BPT和砷化鎵工藝。與標準MOS工藝不同的是,在器件封裝上,LDMOS沒有採用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。由於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。同樣由於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,所以動態範圍變寬,有利於模擬和數位電視射頻信號放大。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,無需複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,但是這會增加晶片面積和導通電阻。高壓DMOS器件耐壓和導通電阻取決於外延層的濃度、厚度及漂移區長度的折中選擇。因為耐壓和導通阻抗對於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.恆定的輸入阻抗;9.更好的IMD性能;10.更低的熱阻;11.更佳的AGC能力。LDMOS器件特別適用於CDMA、W-CDMA、TETRA、數字地面電視等需要寬頻率範圍、高線性度和使用壽命要求高的套用。