包含用于高频应用的场效应晶体管的放大器制造技术

一种包含场效应晶体管的电子器件，该晶体管具有交指型结构，适用于高频功率应用，且具有在交指型结构的每一个段的不同区域中提供的多个阈值电压。在甲乙类信号操作情况下，这导致了在后退区内、在大功率范围对线性的显著改善。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种电子器件，该器件包含配备了具有彼此不同阈值电压的多个并联晶体管段的场效应晶体管。本专利技术特别涉及一种场效应晶体管，其适用于高功率电平和高频。从WO-A 02/07223中了解了这种晶体管。在现有技术的晶体管中，所述晶体管段中至少一组的阈值电压不同于其余晶体管段的阈值电压。在本申请的上下文中，术语段被理解成指的是具有指状栅电极的晶体管的一部分，每一个指为一个段。通过改变阈值电压改善了线性和效率。特别是，设置了一个LDMOS型晶体管，其中该晶体管的一半的阈值电压不同于另一半的阈值电压。这两个阈值电压之间的差值大约为0.3V。作为结果，当晶体管工作在1.8-2.0GHz的频率下以及输出功率电平为17dB时，互调失真提高了大约3dB。互调失真是线性的一个量度标准。在非常简单的LDMOS模型中，只考虑了失真的主要来源，即，转移特性中的非线性(Ids-Vgs特性)。在那种情况下，失真由多个项组成，所述多个项是跨导的高阶导数。尤其从Van der Heijden等人的IEEE Transactions on Microwave Theory andTechniques，Vol.50，No.9，2002九月，pp 2176-2184中了解了互调失真概念更详细的解释。在导致本专利技术的实验中，发现了第一段组具有不同于第二段组的阈值电压的这个事实不足以得到改善的线性同时保持或改善效率水平。尤其是发现包括第一，第二及第三段组的LDMOS晶体管根本未表现出关于线性或效率的任何相关改善，其中每一个组具有其各自的阈值电压。在这些实验中，与非分布式的(non-distributed)器件相比较，所述器件各个段中的阈值电压间的差值通常在0.1V-1.5V间变化。为此，本专利技术的一个目的是提供在介绍中所提到的类型的晶体管，在该晶体管中实现了后退(back-off)区内的线性改善同时保持或改善效率水平，并且其中得到的器件可以被提升(upscale)到更高的功率电平。结果，后退区的特征在于使用低于最大功率电平的功率电平。作为在后退区使用的结果是，即使在峰值负载的情况下，也可以获得足够线性的晶体管特性。目标的达到在于，晶体管段中的每一个都包含第一区域和第二区域，第一区域具有第一阈值电压，而第二区域具有第二阈值电压。令人惊讶地，已经发现如果在保持相同效率水平的同时减少后退区中的互调失真，，那么晶体管段需要包含具有不同阈值电压的不同区域。这也是在讨论中的器件容易调节到更高的功率电平的条件。非一致段的栅电极的并联对于栅-漏特性具有积极作用。特别是这里涉及漏极电流(Id)作为栅极电压(Vg)的函数的依赖关系。作为这种积极作用的结果，在与期望的应用相关的栅极电压范围内，互调失真的奇数高阶项被最小化。作为振幅传输特性(AM-AM变换)线性化的结果，其导致了后退区中互调性能显著改善。不仅涉及三阶互调，还涉及五阶和七阶互调。已经发现，AM-AM变换会受到影响，尤其是受一个段内不同区域之间所选择的阈值电压的差值的影响。已经发现，当每个段中使用两个区域时，已经可以观察到改善的线性。优选地，一个段包含三到五个区域，更优选地是三个区域。使用多于五个区域的缺点是生产成本将急剧增加。根据本专利技术的晶体管的一个有利的方面是其设计是可调节的这一事实。毕竟，核心元件是单个段，而且其机能看来并不依赖于特定相邻段的存在。因此，在设计中例如为了可以处理更高的功率电平而增加大量的段是可行的。优选地，至少存在20个段，更优选地，40-100个，以便使得超过5W的输出功率电平成为可能，特别是超过30W。特别是，可调节性要比具有至少三个阈值电压的晶体管的可调节性好得多，其中阈值电压在段(即，第一、第二和第三段组)间变化。为了特性的优化，各组具有不同的表面面积是必要的。根据在段间阈值电压的变化，其意味着每组有不同数量的段。不损失任何质量而提升到更高的输出功率电平只有在具有那种类型的晶体管的特定环境下才能实现；即，当提升因子使得导致每组的段的总数翻倍时。在提升因子为例如1.15或1.33的情况时，获得此提升的机会非常小。然而，在根据本专利技术的器件中，可以如期望地增加晶体管段。为了实现进一步的改善，必须使相位传输特性(AM-PM变换)线性化。此特性显示出受到两种方式的强烈影响，即，不同段连接的方式和栅电极的总宽度分布在存在的区域上的方式。阈值电压在10和40％之间变化是特别有利的，优选在平均阈值电压的20和30％之间。在本申请的上下文中，阈值电压的变化被理解成意味着在存在的最低和最高阈值电压之间的差值。进一步，如果具有最高阈值电压的区域还包括最大的表面面积则是有利的。在包含三个区域的段中，具有最高阈值电压的第一区域的面积包含30至70％，具有最低阈值电压的第三区域的面积包含20至50％，第二区域的面积包含10至30％。如本质上已知的，可以使用各种技术用于产生阈值电压的差值。这种技术的例子是改变栅介质，特别是栅氧的厚度；改变沟道中的掺杂浓度；以及改变栅电极和栅介质的材料。根据本专利技术的场效应晶体管是，例如，基于Si或SiC半导体衬底的横向扩散的金属一氧化物半导体(LDMOS)类型的晶体管。另外，本专利技术的概念可以以所谓的III-V材料，例如GaN、GaAs、InP形成的晶体管来实现；以及以各种晶体管类型来实现，例如MESFET，特别是HEMT和反相HEMT、JFET、MODFET和MISFET晶体管。所述晶体管非常适合于在例如从0.9到3GHz的范围内的高频及例如在20到30V的量级的更高的电源电压下使用。此外，一个或多个晶体管段可以设置一个附加的栅电极，所述栅电极连接到一个或多个接触上。已经发现，利用这种接触可以显著改善器件的线性。优选地，根据本专利技术的器件还包括一个模块衬底，在该衬底上装配晶体管，且设置一个阻抗匹配电路，用于调整晶体管的输出阻抗。根据本专利技术的晶体管非常适合用作例如在移动通信和光网络通信应用中的放大器。通常，使用滤波器和用于调节阻抗的电路，以保证晶体管完全适合于天线或者连接到晶体管下游的其他元件。在根据本专利技术的晶体管中，无论是跨导(AM-AM传输)还是相位(AM-PM传输)均被优化。因此，无论是真实的还是虚构的阻抗分量都很容易预测，这简化了阻抗匹配过程。优选地，提供一个散热片用于耗散任何过多的热量。滤波器和其他无源元件设置在模块衬底上或集成在模块衬底内。现在将参照若干附图更加详细地说明该电子器件的上述及更多的方面，在这些图中附图说明图1是一个半导体器件的平面图；图2是沿着线II-II截取的图1所示的器件的剖面示意图；图3是现有技术晶体管的剖面示意图；图4是根据本专利技术的晶体管中的一些段的平面图；图5示出了在图4中所示的器件的等效电路图；图6-9是示出了根据本专利技术的器件和现有技术的器件的电气特性的曲线图。这些图并没有忠实于比例，具体地说，为了清楚起见，厚度尺寸夸大了。彼此对应的区域尽可能地用相同的附图标记来表示。图1是在根据本专利技术的器件中描述的晶体管的平面图。图2示出了沿图1中的线II-II截取的相应的剖面图。该器件包括一个半导体主体1，其在本例中由硅制成，当然其也可以由其他适合的半导体材料制成。半导体主体由低阻抗、高掺杂的p-型衬底2和邻接硅主体表面的相对弱掺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含具有多个并联晶体管段的场效应晶体管的电子器件，所述多个并联晶体管段具有相互不同的阈值电压，该电子器件的特征在于，所述晶体管段中的每一个都包含第一区域和第二区域，所述第一区域具有第一阈值电压，且所述第二区域具有第二阈值电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：拖马斯C勒德尔，亨德里克斯FF约斯，斯蒂芬JCH特厄温，彼得拉CA哈梅斯，拉德因德佩塞德加亚德哈尔申，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]