■ 恩智浦半導體 K. Werner，S. Theeuwen，J. de Boet，V. Bloem，W. Sneijers

高壓LDMOS是高達3.8GHz的國防和航空電子設備RF功率應用的最佳技術選擇。該技術將高功率密度、高強度與高于雙級設備的增益和效率相結合。此外，因為基于高容量的Si制造流程，高壓LDMOS的可靠性眾所周知且已經過市場驗證。LDMOS的固有特性使其可承受+5dB的過驅動，且無故障風險，靈活性的提升有助于實現不同的脈沖格式并防止熱失控，從而使整體系統設計比既有的雙極技術更簡單。

LDMOS總體性能

Si LDMOS (橫向擴散金屬氧化物半導體) 技術用于國防和航空航天應用領域已有近10年的歷史。第一款LDMOS晶體管BLA1011-200 于2001年被用于航空電子設備。與此同時，隨著新工藝的性能不斷提升，且最近一項高壓 (50V) 技術在每個單一設備 上實現了高達600W的功率級別，LDMOS已不斷深入航空電子設備市場。近年來，功率密度、增益及效率顯著提升 (分別參見圖1、圖2及圖3)。

圖1 在3.6 GHz下負載牽引系統中無內部比對時對封裝設備進行測量，LDMOS功率密度的變化

圖2 在f=3.6GHz下通過負載牽引技術測量隨后各代LDMOS的增益提高。插圖所示為柵極長度的縮短

圖3 電源電壓為28V時在3.6 GHz下LDMOS最大漏極效率的變化

健壯性

健壯性 (即通常所說的承受“惡劣”RF條件的能力) 是否不匹配或顯著縮短脈沖升降次數對實現可靠的設備性能至關重要。恩智浦始終致力于實現最佳的設備強度。在開發階段，這些技術已經過最嚴格的強度測試，尤其是50V的高壓技術。在其他因素中，寄生雙極管的基極電阻和LDMOS設備的漏極延伸極其重要。如圖4所示，我們采用了兩種參數以在50V技術節點下實現高達150V的漏極擊穿電壓。

圖4 采用不同技術時高壓廣播LDMOS的脈沖電流電壓測量值

圖5 分別采用GEN4和GEN5技術制造的W-CDMA、EDGE及GSM設備的MTF比較。請注意功率密度，GEN5設備的電流密度比GEN4設備高20%。GEN5設備的熱阻低于GEN4設備

這將最終使設備始終能在額定負載和所有相位角下承受至少為10:1的VSWR，且正常工作。

鋁金屬化

早期的LDMOS技術涉及金金屬化和接合線，因此具有高電遷移耐力的固有優勢。現代亞微米芯片制造工廠中，新技術節點的發展促成了基于鋁的金屬化和接合線的使用。當然，當時認為鋁在承受脈沖應用時的可靠性要低于金。然而，關于該領域的廣泛研究和經驗表明，即使鋁在某些方面未必優于金，但就此方面的性能而言，兩者相當。將在設備上采用鋁金屬化的第五代技術與采用金的第四代 (Gen 4) 技術相比，產生故障的平均時間一樣，但第五代設備的功率密度更高。圖5所示為結果，在該情況下，GSM基站設備的運行壓力 (CW運行) 高于脈沖雷達晶體管。

圖6 故障率為0.1%時的脈沖次數與電線電流和接合角度

另一個爭論的焦點是鋁接合線的使用。人們擔心脈沖操作可能因為焦耳加熱 (每次脈沖) 導致接合線發生“移位”，最終因為機械疲勞引起破裂或斷裂。我們設計了故障檢修實驗，以校準可預測壽命的型號。事實證明，在第一次接合之后，接合線總是發生破裂。破裂概率 (TTF0.1%) 還取決于接合角度 (即電線與平面所成的角) 以及所采用的電流密度。圖6所示為結果。顯而易見，接合角度和電流越小越好。鑒于設計規則中的結果，我們在開發時可以確保設備的必要壽命和/或可靠性。