采用平面分柵結構的高增益寬帶射頻VDMOS研制
2021年電子技術應用第7期
于 淼1，2，3，宋李梅1，2，3，李 科2，3，叢密芳2，3，李永強2，3，任建偉2，3
1.中國科學院大學，北京100049；2.中國科學院微電子研究所，北京100029； 3.中國科學院硅器件技術重點實驗室，北京100029
摘要： 硅基射頻場效應晶體管具有線性度好、驅動電路簡單、開關速度快、熱穩定性好、沒有二次擊穿等優點，在HF、VHF和UHF波段具有廣闊的應用前景。針對射頻場效應晶體管寬帶、高增益和高效率的應用需求，基于標準平面MOS工藝，采用平面分柵(split gate)結構，通過優化結構和工藝參數研制出一款工作電壓為28 V的硅基射頻垂直雙擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管(VDMOS)。該器件在30~90 MHz頻段范圍內，小信號增益大于19 dB，在60 MHz頻點下連續波輸出功率可以達到87 W，功率附加效率達72.4 %，具有優異的射頻性能。
中圖分類號： TN386.1
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201192
中文引用格式： 于淼，宋李梅，李科，等. 采用平面分柵結構的高增益寬帶射頻VDMOS研制[J].電子技術應用，2021，47(7)：1-4，11.
英文引用格式： Yu Miao，Song Limei，Li Ke，et al. Development of high-gain broadband RF VDMOS using planar split gate structure[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(7)：1-4，11.
文獻標識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201192
中文引用格式： 于淼，宋李梅，李科，等. 采用平面分柵結構的高增益寬帶射頻VDMOS研制[J].電子技術應用，2021，47(7)：1-4，11.
英文引用格式： Yu Miao，Song Limei，Li Ke，et al. Development of high-gain broadband RF VDMOS using planar split gate structure[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(7)：1-4，11.
Development of high-gain broadband RF VDMOS using planar split gate structure
Yu Miao1，2，3，Song Limei1，2，3，Li Ke2，3，Cong Mifang2，3，Li Yongqiang2，3，Ren Jianwei2，3
1.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China； 2.Institute of Microelectronics of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China； 3.Key Laboratory of Science and Technology on Silicon Devices，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100029，China
Abstract： Silicon-based radio frequency field effect transistors have the advantages of excellent linearity, simple drive circuit, fast switching speed, excellent thermal stability, no secondary breakdown, etc., and have broad application prospects in HF, VHF and UHF bands. In view of the application requirements of the RF field effect transistors with broadband, high gain and high efficiency, based on the standard planar MOS process, the split gate structure was adopted and a silicon-based RF vertical double-diffused metal oxide semiconductor field effect transistor with working voltage of 28 V was developed by optimizing the structure and process parameters. In the frequency range from 30 MHz to 90 MHz, the device can achieve small signal gain greater than 19 dB, the continuous wave output power can reach 87 W at the frequency of 60 MHz, the power added efficiency up to 72.4%, has excellent radio frequency performance.
Key words : radio frequency；field effect transistor；split gate；high gain；broadband
0 引言
硅基射頻場效應晶體管作為固態功率器件，與雙極型晶體管相比，具有線性度好、驅動電路簡單、開關速度快、熱穩定性好、沒有二次擊穿和可以多胞并聯輸出大功率等一系列優點[1-2]，在高頻(HF)、甚高頻(VHF)和特高頻(UHF)波段(如移動通信、廣播、超視距雷達、磁共振成像、射頻加熱和無線電接收器等領域)得到廣泛應用[3-4]。近幾年來，雖然氮化鎵(GaN)器件市場發展迅速，但是由于GaN材料加工工藝復雜，成本較高，主要適用于3.5 GHz或更高頻段的高頻大功率應用場合，而在較低頻段，硅基射頻垂直雙擴散金屬氧化物半導體場效應晶體管(Vertical Double-diffused Metal Oxide Semiconductor field effect transistor，VDMOS)由于成熟度和性價比更高而更具優勢，因此，硅基射頻VDMOS主要應用在低頻寬帶大功率和對可靠性要求較高的領域[5-7]。
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作者信息：
于 淼1，2，3，宋李梅1，2，3，李 科2，3，叢密芳2，3，李永強2，3，任建偉2，3
(1.中國科學院大學，北京100049；2.中國科學院微電子研究所，北京100029；
3.中國科學院硅器件技術重點實驗室，北京100029)
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