RF LDMOS功率晶體管的特性分析與模型研究.pdf

1、RF LDMOS（Radio Frequency Lateral Double Diffused Metal Oxide Silicon）以其增益高、線性好、輸出功率大、穩(wěn)定性好、價格低廉等優(yōu)點(diǎn)成為通信基站，射頻雷達(dá)中的首選器件。然而國內(nèi)對于RF LDMOS功率晶體管的研究尚不成熟，本文基于國內(nèi)研究現(xiàn)狀開展了一款S波段工作的RF LDMOS器件的設(shè)計與研制。
　　本文所設(shè)計的RF LDMOS晶體管源極采用Trench Sinker

2、結(jié)構(gòu)將LDMOS源極引到P型重?fù)诫s襯底，雙區(qū)LDD（Lightly Doped Drain）漂移區(qū)結(jié)構(gòu)優(yōu)化器件擊穿電壓和導(dǎo)通電阻，源極金屬場板調(diào)制柵邊緣電場、降低柵漏電容?；诖?RF LDMOS器件的基本結(jié)構(gòu)使用TCAD仿真工具Silvaco進(jìn)行了工藝仿真。折衷優(yōu)化了RF LDMOS的比導(dǎo)通電阻、柵氧可靠性和擊穿電壓，確定了器件的Pbody區(qū)注入劑量、移區(qū)長度、漂移區(qū)摻雜分布、金屬場板長度、場板下方氧化層厚度等參數(shù)。根據(jù)仿真優(yōu)化設(shè)計的

3、的RF LDMOS器件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了流片實(shí)驗(yàn)，器件擊穿電壓為76V，正向飽和電流密度225mA/mm。通過柵極的L型預(yù)匹配網(wǎng)絡(luò)與漏極的T型預(yù)匹配網(wǎng)絡(luò)，提升了器件的輸入輸出阻抗。封裝后RF LDMOS的測試結(jié)果表明：在工作電壓30V，2.7-3.1GHz工作頻率下，漏極效率大于40％，輸出功率大于100W，功率增益大于10dB，達(dá)到預(yù)期設(shè)計目標(biāo)。最后，針對所研制的RF LDMOS晶體管開展了電路模型研究。一方面基于RF LDMOS小信號電路模

4、型，使用 COLD-FET法提取了器件的寄生參數(shù)，通過寄生參數(shù)剝離技術(shù)得到了LDMOS器件的本征元件參數(shù)，經(jīng)過ADS仿真優(yōu)化得到了更為精確的LDMOS小信號電路模型參數(shù)。另一方面，在小信號模型的基礎(chǔ)上建立了RF LDMOS的大信號模型。其中LDMOS的非線性電流模型的建立以摩托羅拉的MET模型為基礎(chǔ)并進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)，非線性電容模型的建立借鑒了傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式，模型的擬合結(jié)果顯示所建立的大信號模型可以較準(zhǔn)確的描述LDMOS器件的電流和電容。