MOS管与射频MOS管有哪些区别？工程师必看-KIA MOS管
MOS管与射频MOS管
MOS管中文名为场效应管，功能类似开关三级管，是一种压控元器件，有栅极（G），漏极（D），源极（S）三个极（管脚），通过控制栅极的电压来导通和关闭漏极和源极；
由于有高输入阻抗和低导通电阻的特性，常用于各类需要大电流和高电压控制的产品电源设计中，起到电子开关及驱动大负载的作用。
MOS管按工作方式分为两大类： N沟道和P沟道。N沟道用正电压控制， P沟道用负电压控制。往期文章有详细分析过MOS管，下文就详细分析一下射频MOS管。
射频MOS管-LDMOS
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CMOSI艺兼容而被广泛采用。LDMOS器件结构如图所示，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。
LDMOS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。
驾于所有RF功率技术,侧面扩散MOS(LDMOS, Laterally DiffusedMetal 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。
LDMOS管主要参数
1.工作频率范围
指器件可以对什么频率进行放大，一旦超出这个频率范围，其放大性能将下降，不能输出要求的功率。现有的产品只支持136MHz到941MHz。
2.输出功率
指器件可以输出的最大发射功率，发射功率越大则距离越远，现有的规格有0.15W，0.2W，0.5W，1W，5W。
3.增益
指器件的放大能力，以dB为单位，产品的增益为16dB到21dB不等。
4.效率
指输出的射频功率与电源供给的直流功率之比，效率越高，则输出同样发射功率的条件下，耗电越小，LDMOS管的效率在60%-76%之间。
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