采用平面分栅结构的高增益宽带射频VDMOS研制
2021年电子技术应用第7期
于 淼1，2，3，宋李梅1，2，3，李 科2，3，丛密芳2，3，李永强2，3，任建伟2，3
1.中国科学院大学，北京100049；2.中国科学院微电子研究所，北京100029； 3.中国科学院硅器件技术重点实验室，北京100029
摘要： 硅基射频场效应晶体管具有线性度好、驱动电路简单、开关速度快、热稳定性好、没有二次击穿等优点，在HF、VHF和UHF波段具有广阔的应用前景。针对射频场效应晶体管宽带、高增益和高效率的应用需求，基于标准平面MOS工艺，采用平面分栅(split gate)结构，通过优化结构和工艺参数研制出一款工作电压为28 V的硅基射频垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(VDMOS)。该器件在30~90 MHz频段范围内，小信号增益大于19 dB，在60 MHz频点下连续波输出功率可以达到87 W，功率附加效率达72.4 %，具有优异的射频性能。
中图分类号： TN386.1
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201192
中文引用格式： 于淼，宋李梅，李科，等. 采用平面分栅结构的高增益宽带射频VDMOS研制[J].电子技术应用，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.
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201192
中文引用格式： 于淼，宋李梅，李科，等. 采用平面分栅结构的高增益宽带射频VDMOS研制[J].电子技术应用，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
硅基射频场效应晶体管作为固态功率器件，与双极型晶体管相比，具有线性度好、驱动电路简单、开关速度快、热稳定性好、没有二次击穿和可以多胞并联输出大功率等一系列优点[1-2]，在高频(HF)、甚高频(VHF)和特高频(UHF)波段(如移动通信、广播、超视距雷达、磁共振成像、射频加热和无线电接收器等领域)得到广泛应用[3-4]。近几年来，虽然氮化镓(GaN)器件市场发展迅速，但是由于GaN材料加工工艺复杂，成本较高，主要适用于3.5 GHz或更高频段的高频大功率应用场合，而在较低频段，硅基射频垂直双扩散金属氧化物半导体场效应晶体管(Vertical Double-diffused Metal Oxide Semiconductor field effect transistor，VDMOS)由于成熟度和性价比更高而更具优势，因此，硅基射频VDMOS主要应用在低频宽带大功率和对可靠性要求较高的领域[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，丛密芳2，3，李永强2，3，任建伟2，3
(1.中国科学院大学，北京100049；2.中国科学院微电子研究所，北京100029；
3.中国科学院硅器件技术重点实验室，北京100029)
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