硅基射频LDMOS器件结构设计与研究

摘要

射频LDMOS器件作为功率集成电路中的核心器件，近年来已经成为国内外众多器件研究者的研究热点，由于横向高压功率器件中击穿电压与比导通电阻之间的严重矛盾关系一直限制着RF LDMOS在高压大电流环境下的应用，同时，随着民用移动通信技术和军用雷达技术这些年的飞速发展，人们对无线信号的传输和传输质量的要求也在变高。在移动通信基站和军用雷达中，射频功率放大器作为信号发射机中的关键组成部分，它直接决定了无线信号的收发质量和其传输的距离，而射频功率放大器的性能又与其核心部件----射频功率器件密切相关。所以现在针对射频器件的研究方向主要集中在设计并制造出性能更加优越的射频功率器件，即让器件拥有更高的耐压、更高的工作频率以及较低的功耗，本论文就是基于射频LDMOS器件展开的研究，首先研究该器件的基本工作原理，然后利用仿真软件ISE-TCAD具体分析器件中的各部分参数对器件击穿特性、输出特性以及频率特性的影响，最后在上述工作的基础上对射频LDMOS器件结构进行优化，使其拥有更优越的性能。
　　本研究主要内容包括：⑴提出了具有部分阶梯埋层的RFLDMOS器件新结构，该结构将器件内部的SOI埋层做成阶梯状来调制器件的表面电场，优化阶梯的结构使器件的横向电场分布趋于均匀提高器件的击穿电压，同时利用阶梯状的SOI埋层来减小器件内部的源漏寄生电容，进一步提高了器件的截止频率和输出功率。通过仿真软件ISE-TCAD仿真分析得到，本文建立的表面电场分布模型与仿真结果基本吻合，新电场峰的获得从本质上解释了阶梯埋氧层对表面电场的调制效应。该器件在保证其比导通电阻不会增加的情况下，充分利用了阶梯SOI层的电场调制效应，提高了器件的击穿电压，与同尺寸的普通PSOI RF LDMOS器件相比，击穿电压从100.1V提高到123.2V，提高了23.08％，同时由于阶梯埋氧层减小了器件的寄生电容，所以该器件的截止频率 fT与普通PSOI RF LDMOS相比也提高了18.09%。⑵提出了漂移区加电极的硅基折叠射频LDMOS器件，该器件结构是在FALDMOS（LDMOS with a folded-accumulation layer：具有折叠积累层的LDMOS）器件的基础上，在器件的漂移区上面增加了氧化层电极，并对该电极施加一定的电压，这样做是在 FALDMOS器件低导通电阻的基础上，利用在器件漂移区上面加电极来提高器件的跨导，进一步提高器件的特征频率，让射频LDMOS器件可以很好地往高频低功耗领域发展，通过仿真研究发现，漂移区加电极的硅基折叠射频LDMOS器件的比导通电阻与FALDMOS相比增加了6.2%，但是与同尺寸RF LDMOS相比依旧减小了36.24%，同时其特征频率达到1.17GHz，是FALDMOS器件的2.2倍，是普通RF LDMOS器件的1.95倍。该器件如果应用在射频功率放大器电路中，不仅可以保证器件的功耗较低，同时也具有较好的频率特性。

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第一章 绪论

1.1课题的研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3 RF LDMOS器件的主要研究方向

1.4本论文的内容与结构介绍

第二章 RF LDMOS功率器件简介

2.1 RF LDMOS的基本结构与特点

2.2 RF LDMOS器件的击穿特性与终端技术

2.3 RF LDMOS器件的输出特性

2.4 RF LDMOS器件的射频特性

第三章 具有部分阶梯埋层的射频LDMOS

3.1具有部分阶梯埋层的RF LDMOS器件结构及建模

3.2 具有部分阶梯埋层的RF LDMOS器件特性分析

3.3 具有部分阶梯埋层的RF LDMOS器件性能比较

3.4 本章小结

第四章 漂移区加电极的折叠射频LDMOS功率器件特性研究

4.1 漂移区加电极的折叠射频LDMOS器件结构及特点

4.2 漂移区加电极的折叠射频LDMOS器件性能分析

4.3 漂移区加电极的折叠射频LDMOS器件性能比较

4.4 本章小结

第五章 总结

参考文献

致谢

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