射频LDMOS的击穿电压与静电保护

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1、摘要摘要横向高压功率器件LDMOS(La_temlDifnlSedMetal0xideSeIIliconductorFieldE圩ectTransistor)以其高耐压、高增益、高跨导、宽动态范围、低失真和易于与低压电路工艺兼容等优点，广泛应用于射频功率集成电路中。射频大功率LDM0s由于具有P、L波段以上的工作频率和高的性价比而成为3G手机基站射频放大器的首选器件。如今LDMos已经发展到了第五代，设计者们都在努力的通过改变器件的结构或者工艺来提高器件的整体性能。因此，本文在频率特性和电学特性满足使用要求的情况下，主要集中在可靠性

2、的研究方面。本文利用二维器件模拟软件IsE，建立了射频LDM0s器件的模型，比较了射频LDMOS器件的击穿电压和衬底浓度、漂移区浓度、沟道区浓度的关系，分析了REsuI强技术原理，验证了REsuRF技术对提高LDMOs击穿电压的作用。最后，通过对各个参数的模拟比较，得到了优化的射频LDMOS结构，在大量模拟实验的基础上，最终为射频LDMOS的设计奠定了数据基础。射频LDMOs可靠性的研究主要从两个方面进行。一方面是从击穿电压方面研究，击穿电压是射频LDMoS一个重要的电学参数，同时也是器件可靠性的一个重要方面，我们主要从结构上进行调

3、整，使器件的击穿电压满足使用要求，同时分析了REsuI江技术原理，讨论了击穿电压和衬底浓度、漂移区浓度、沟道区浓度的关系。另一方面是从EsD方面进行研究，由于静电放电引起的局部电热击穿也是LDMOS可靠性关键的一个方面，在论文中主要讨论了电热击穿的基本机理和在不增加器件尺寸的情况下不同的LDMOs结构在提高二次电流方面的作用。我们在二维器件模拟软件ISE平台下，采用I冱SURF技术，提出了在器件内部嵌入一个寄生晶闸管的横向双扩散MOSFET(ESCR．LDMOS)结构。模拟了基于REsuRF技术的RF．LDMOs的频率参数哳、gm)

4、、电学参数(攻、几；、引么)和反应可靠性的雪崩击穿电压(B‰)和二次电流(昆)。文中重点讨论了EScR-LDMOS器件的击穿电压、电热击穿机理和由于ESD引起的二次电流见和频率特性，最后给出器件的各个电学参数的模拟结果。在工作频率为1GHz、阈值电压为3．8v且在不增加器件尺寸、并保持相同的漂移长度(2．7啪)和击穿电压(40V)的情况下，与传统的LDMOS器件结构相比，ESCR．LDMOS新结构的二次电流见是普通LDMOs的7．5倍，并表现出优异的频率特性。关键词：REsuRF雪崩击穿电压ESCR-LDMoS静电放电二次电流Abs

5、tractLa_teralhigh-voltagepowerdeViceLDMOShasadv孤tagesofhi曲Voltage，la玛egaill，high订a11sconductance，widedyn砌crange，lowdistonionandcompatibili哆withlow．voltagecircuitprocess．LDMoSismorcandmorewidelyusedinpowermdio舶quencyintegratedcircllits．LDMOSisthepref孤ddeVicellsed协theRF锄

6、pli丘erof3Gbases诅tio船becauseofitshi曲operating丘equencyuptoPorLballd锄da_哳activemtioofperfonnallcea11d面ce．Nowadays，LDMOshasdevelopedtothefifnlgeneratioll，desjgnefs仃yt11eirbesttoimproye也ewbo】epedbnnallceStllrougha】teringdevicesnⅥctl】re粕dchaIlgingprocess．Therefore，thehotspot

7、ofthisanicleconcen仃ateonreliabilityofLDMOSw11en缸quencybehavioraIldelectricalbehaviormeetapplicationrequirement．Inthep印er，thestnlct砒ea11dmodelofRF—LDMOShadbeenes协blished；therelationsoftllebreal【downVoltagetot11esubs觚teconcentration，driRdosesa11dchaIlllelconcentrationhad

8、beendiscllssedilldetail谢ththesoRwareISE．nlet11eoDroftheFRESUFtec王1110109)rhadbecIlanalyzed，t11ee腩ctof吐屺RESURftotheLDM