התקני LDMOS לת”ר ב- 50 וולט

טכנולוגיה שמתאימה במיוחד להתקני הספק לת”ר עבור יישומי ISM,  יישומי שידור ויישומי תעופה וחלל מסחריים

Yan Vainter, Freescale

1. הקדמה
טכנולוגיית MOS בפעפוע רוחבי (LDMOS) לת”ר (RF), היא כיום טכנולוגיית ההתקנים השלטת המשמשת ביישומים של מגברי הספק (PA) לת”ר בהספק גבוה עבור תדרים בטווח שבין 1 מגה-הרץ ועד יותר מ- 3.5 ג’יגה-הרץ.
כבר בתחילת שנות התשעים, טכנולוגיית LDMOS הייתה מקובלת במידה רבה כטכנולוגיה המשמשת ביישומי PA בתשתית סלולרית, והיא כיום טכנולוגיית ההתקנים השלטת שפועלת בהתקני הספק לת”ר המשמשים בתשתית סלולרית.
טכנולוגיית התקנים זו הציעה יתרונות משמעותיים לעומת טכנולוגיית ההתקנים הקודמת – טרנזיסטור סיליקון דו-קוטבי (בי–פולרי) –  וסיפקה ליניאריות, נצילות והגבר מעולים, בצד אפשרויות למארזים בעלויות נמוכות.
טכנולוגיית LDMOS המשיכה להתפתח במטרה לענות על הצרכים הדורשניים המתפתחים כל הזמן של שוק התשתיות הסלולרי, והשיגה רמות גבוהות יותר של נצילות, הגבר, הספק ותדירות הפעלה. המבנה של התקן LDMOS גמיש במידה רבה. בשעה ששוק התשתיות הסלולריות התייצב כסטנדרט על הפעלה של 28 עד 32 וולט, לפני כמה שנים פיתחה Freescale תהליכים של 50 וולט עבור יישומים המשמשים מחוץ לתשתית הסלולרית. התקני 50 וולט אלו מיועדים לשימוש במבחר רחב של יישומים שבהם צפיפות הספק גבוהה היא תכונה מבדלת חשובה, ואלו כוללים יישומים תעשייתיים – מדעיים – רפואיים (ISM), יישומי שידור ויישומי תעופה וחלל מסחריים.
לרבים מאותם מאפיינים, כמו למשל הספק גבוה, הגבר, נצילות, ליניאריות, עלות נמוכה ואמינות בלתי רגילה, אשר בתחילת שנות התשעים גרמו לסילוקם של הטרנזיסטורים הדו-קוטביים משוק התשתיות הסלולריות, יש ערך שווה גם בשוק הרחב של הספקי ת”ר.
ובנוסף, בשוק ההספק הגבוה בת”ר יש דרישה לעמידות גבוהה ביותר בת”ר, שכמוה טכנולוגיית LDMOS יכולה לספק. ההתקנים בטכנולוגיית LDMOS בעמידות המוגברת הזמינים בחברת Freescale יכולים להחליף לא רק את ההתקנים הדו-קוטביים, אלא גם את התקני VMOS ואת התקני שפופרות הריק (וואקום), שבהם אנו עדיין משתמשים בכמה מיישומי ISM, מיישומי שידור ומיישומי התעופה והחלל המסחריים. התקני 50 וולט המתוכננים על ידי Freescale מיוצרים בפלטפורמה הייחודית של Freescale למתח גבוה במיוחד, מהדור השישי (VHV6), והם עומדים באופן מלא בדרישות ומסופקים בכמויות. מאמר זה מתאר את המבנה הבסיסי של התקני VHV6 ואת המבנה הבסיסי של גרסת העמידות המורחבת שלהם (EVHV6), כולל היתרונות שיש להם על פני טכנולוגיות מתחרות של התקנים. הציפיות לגבי העמידות והדרישות עבור התקני הספק ת”ר המיועדים ליישומי ISM מחמירות יותר מאלו המתקיימות עבור התקנים שתוכננו ליישומים מאתגרים פחות, כמו למשל תשתית סלולרית. במאמר זה נכלול גם שיקולי תכנון ושיקולים לגבי ההתקן שמוכוונים באופן מיוחד לביצועי עמידות משופרים. תכונות המוצרים המשתמשים בפלטפורמה זו יוצגו אף הם.

2. הטכנולוגיה של התקני LDMOS
באיור 1 מוצג חתך של זרוע יחידה (single finger) של טרנזיסטור אופייני, אשר פועל בטכנולוגיית LDMOS. הוא כולל אזור מתכת של חיבור Source שמחבר באופן חשמלי את חיבור Source מסוג N+ אל חיבור sinker מסוג P+, אשר מחובר למתכת של חיבור Source בצד האחורי דרך מצע (P+ (substrate. תכונה זו הרשומה כפטנט מקטינה באופן משמעותי את ההולכה של חיבור Source כדי לשפר את הביצועים, אך היא גם מאפשרת לשבב להיות מחובר באופן ישיר לאוגן מארז מוליך מבחינה חשמלית ומבחינה חומנית, כדי להתאים לפלטפורמות מארזים בעלות נמוכה.
פעפוע PHV מסוג P בבור קובע את מתח הסף ואת מאפייני מצב הפעולה (on) של ההתקן. חיבור gate WSi/ פולי–סיליקון מספק התנגדות גישה נמוכה לחיבור gate, שהיא בעלת חשיבות לממדים הגדולים המאפיינים התקני הספק בת”ר. אזור סחיפה NHV מסוג n של אילוח ארסן בריכוז נמוך בין חיבור gate לבין אזור חיבור drain מסוג N+ שיש בו אילוח ברמה גבוהה מתוכנן לתמוך במתחי פריצה גבוהים, בהתנגדות נמוכה של מצב פועל (on) (RDSon) ובאמינות גבוהה של החדרת נושאי מטען חמים (HCI). המתכת המוערמת של חיבור drain מאלומיניום מתוכננת לעמוד במפרט הגירת האלקטרונים להשגת אמינות גבוהה. אפיק מתכתי של 2 חיבורי gate עובר במקביל לחיבור gate עם חיבורים לסירוגין, אל מערום WSi/ פולי-סיליקון של חיבור gate על מנת להקטין את ההתנגדות שלו. מבני סיכוך מוארק (משטח ההארקה לא מוצג באיור זה) משמשים אף הם על מנת להקטין את קיבול המשוב שבין חיבור drain לחיבור gate ועל מנת לשלוט בשדות החשמליים המשטחיים, על מנת לאפשר ביצועים משופרים של ההתקן בלי שיהיה צורך להקריב בתחום מתח הפריצה או שולי HCI.

חידוש חלוצי נוסף של חברת Freescale בשוק התשתיות הסלולריות, אשר משולב בתיק מוצרי LDMOS להספק בת”ר ל–50 וולט, הוא מבנה הגנת ESD מורחב שיכול לעמוד בתנאי ממתח הפוך מתונים ופועל על מוליך חיבור gate (עיין באיור 2). דוגמה למצב שבו יש להתקן משופר זה יתרון הוא בפעולה במצב Class C ברמות הספק כניסה גבוהות בת”ר. התנודה (swing) בת”ר יכולה להעביר בקלות למצב פועל מבנה ESD רגיל במהלך תנודת מתח שלילי קטנה, בתנאים שבהם ההתקן המשופר היה נשאר במצב כבוי. המבנה המשופר המשמש במוצרי ההספק לת”ר עמיד הרבה יותר נגד טווח רחב של תנאי פעולה שבהם אפשר להיתקל בזמן פעולה.

א. השוואה בין טכנולוגיות
הטכנולוגיות התחרותיות העיקריות בשוק ההספק בת”ר הן התקני MOS אנכי (VMOS) בסיליקון ובמידה פחותה התקני LDMOS למתח של 28 וולט. בהשוואה להתקני LDMOS המיוצרים בעיקר באופן רוחבי, יש להתקני VMOS רכיב אנכי משמעותי המאפשר להגיע למתח הפריצה המתאים. הממד האנכי ובקרת רמת האילוח מוגבלים באופן מובנה בהשוואה לייצור משטחי או אופקי. המבנים האנכיים מסתמכים בדרך כלל על תהליך גידול גבישי הסיליקון (epitaxy) לצורך בקרת האילוח וגם לבקרת העובי, ובעוד שמבנים רוחביים יכולים לשפר את יכולות ליתוגרפיית הפוטו בתת המיקרו–מטר העמוק במפעלי ייצור מודרניים, הרי שאת האילוח אפשר לקבוע ברמת דיוק גבוהה באמצעות טכניקות של השתלת יונים (באותן הטכניקות המתקדמות המשמשות בטכנולוגיות CMOS המתקדמות ביותר).
השוואת ביצועים בין שלוש טכנולוגיות אלו (VMOS, LDMOS ל-28 וולט ו-LDMOS ל-50 וולט) מוצגת בטבלה 1 באמצעות אמות מידה שונות החשובות להצלחה בשוק ההספק לת”ר. הצבעים מציינים: אדום = גרוע, צהוב = רגיל וירוק = חוזק.
הדירוג נמצא בטווח 1 עד 5 כאשר הדרגה 5 היא הגבוהה או הטובה ביותר. לטכנולוגיית LDMOS יש הגבר ונצילות טובים ביותר שאפשר לשייך אותם לפיתוחים שהונעו על ידי שוק התשתיות הסלולריות שבו מאז ומעולם הייתה לפרמטרים האלו חשיבות גבוהה ביותר עם היתרונות שיש למבנה של ההתקן כדוגמת שערים ומגינים עם יישור עצמי בגודל תת מיקרו-מטר עמוק אשר מקטינים את הקיבול במשוב. להתקני LDMOS יש יתרונות בתחום ההתנגדות החומנית כתוצאה מחיבור source שמצוי בצדם האחורי, שאותו אפשר לחבר מבחינה חומנית ומבחינה חשמלית ישירות לאוגן של המארז, אשר אותו אפשר לחבר ישירות לגוף קירור. בהתקני VMOS אופייניים מחובר חיבור drain בצד האחורי של הפרוסה והחיבור שלהם לחומר האוגן חייב להיות מבודד מבחינה חשמלית, חיבור אשר מגדיל את התנגדות החום היעילה במבנה זה של ההתקן. מוליכות החום המצוינת של מוצרי LDMOS הנתונים במארז מאפשרת להם להגיע לרמות גבוהות יותר של הספק של אותות גל רציף (CW) במארז נתון, במיוחד בטכנולוגיה של 50 וולט שצפיפות ההספק המובנית שלה גבוהה יותר בהשוואה לגרסת 28 וולט. נוסף על כך, לטכנולוגיית התקני LDMOS ל-50 וולט יש באופן אופייני קיבולת מוצא נמוכה ב-35 אחוזים לכל וואט, ובכך היא מתחרה בטכנולוגיות סיליקון ל–50 וולט והופכת את ההתקנים האלו למתאימים במיוחד ליישומי הפס הרחב.
מוצרי LDMOS מיוצרים עבור שוק התשתיות הסלולריות בדרך כלל עם רשתות תיאום מובנות, עובדה ההופכת את קיומם של רכיבים פסיביים (משרנים וקבלים) על השבב ליתרון של התקני LDMOS. האופי הרוחבי של תהליך ייצור התקני LDMOS משפר את תהליכי הייצור במפעל הייצור שאותם אפשר לבקר עד לרמות דיוק גבוהות ביותר בהשוואה לטכנולוגיית VMOS, שלהם נדרשים תהליכים עם בקרה טובה פחות, כמו למשל גידול גבישי סיליקון המשמש ליצירה של אזורים פעילים מסוימים במבנה, בעלי חשיבות עליונה, עובדה שמגדילה את פיזור המשתנות (variability) והביצועים. למרות ש-VMOS ו-LDMOS הן טכנולוגיות בשלות לייצור התקנים, גרסת LDMOS ל-50 וולט נחשבת “חברה” חדשה באופן יחסי בשוק ההספק לת”ר. לבסוף, טכנולוגיית LDMOS הדגימה היסטוריה נמשכת של אספקת אמינות יוצאת דופן עם כמעט 20 שנות פרישה נרחבת בשוק הדורשני של התשתיות הסלולריות.
ב. מגמות של פיתוח הטכנולוגיה
היתרון הייחודי של חברת Freescale טמון בכך שיש לה תוכניות פיתוח עמידות עבור התקני LDMOS ל-28 וולט וגם ל-50 וולט, ובהיותה ספק מוביל לשוק התשתיות הסלולריות ולשוקי ISM, השידור ולשוקי תעופה וחלל מסחריים. ההפריה ההדדית בין תוכניות הפיתוח מאיצה את הפיתוח בכל התחומים האלו ומרחיבה את ההשפעה של ההשקעות במחקר ובפיתוח על פני מרחב גדול יותר של מוצרים.
בשנים האחרונות הופיעו כמה מגמות. איור 3 מציג ארבע מגמות ישימות לתשתית הסלולרית וגם לשווקים אחרים של התקני הספק לת”ר. הראשון הוא תחום הפעולה בתדירות מוגברת, עם מוצרים שכבר מתאימים לפעולה עד 3.8 ג’יגה-הרץ ב-28 וולט; פלטפורמת 50 וולט של Freescale תומכת במוצרים עם תדירויות העולות על 3 ג’יגה-הרץ. המגמה השנייה היא ההוצאה לשוק של מעגלים משולבים בעלי דרגות מרובות או של התקנים בדידים להספק גבוה עם רשתות תיאום משולבות בכניסה וביציאה. התקני ת”ר אלו להספק גבוה נפוצים בשוק התשתיות הסלולריות. בתהליך פיתוח קיימים מוצרים לשוקי ההתקנים להספק בת”ר שכוללים רשתות תיאום משולבות על מנת לפשט את קלות השימוש, תוך שמירה על ביצועים בפס הרחב.
1. פעולה עד 3.8 ג’יגה-הרץ.
2. מעגלים משולבים להספק בריבוי דרגות.
3. מארזים פלסטיים ביציקת כיסוי כדאיים בעלות.
4. טכנולוגיית LDMOS ל-50 וולט.
המגמה העיקרית השלישית היא האימוץ של מארזים פלסטיים ביציקת כיסוי (OMP) ליישומי ת”ר בהספק גבוה. מארזי OMP הם טכנולוגיית המארזים עם העלות הנמוכה ביותר; לחברת Freescale יש מעמד מוביל בהיותה החלוצה בשימוש במארזי OMP עבור יישומי תשתיות לשוק הסלולרי והיא שיפרה את הניסיון הזה לתוך תיק מוצרי ההספק לת”ר. פיתוח מארזים ממשיך בחברת Freescale עם דגש עיקרי על הגדלת רמת ההספק שאפשר להכיל. המגמה הסופית היא להמשיך ולהשקיע באופן ניכר בפיתוח של טכנולוגיית LDMOS ל–50 וולט עבור שוק ההספק לת”ר.

3. העמקת העמידות
א. עמידות בטרנזיסטורי MOSFET
תקלה בעמידות של טרנזיסטורי MOSFET היא תקלה קטלנית של התקן הנובעת מפיזור הספק פנימי. היא אינה מתרחשת כתוצאה מפעולה רגילה של ההתקן בתוך מגבר הספק המתוכנן על פי העקרונות המבוססים של התכנון ההנדסי המכני ושל התקני ת”ר. התקלה בעמידות של טרנזיסטור MOSFET היא תוצאה של אירוע פריצה בחיבור drain (יינון בהתנגשות – impact ionization). אירוע היינון מתרחש כתוצאה מהחלוקה של מטענים באופן פנימי בתוך טרנזיסטור MOSFET אשר מונעים על ידי צורות הגלים הפנימיות בחיבורים gate ו-drain. איורים 4a ו–4b מציגים מעגל של מגבר הספק בעל חיבור source משותף המשתמש בטרנזיסטור MOSFET ותרשים סכמתי מפורט יותר של טרנזיסטור MOSFET המציג את המרכיבים הפרזיטיים.

קיימים שלושה מנגנונים בסיסיים של תקלות באמינות שעלולים להתרחש כתוצאה מאירוע יינון בהתנגשות של חיבור drain. כל אחד מבין מנגנונים אלו יכול לגרום לפיזור הספק גבוה ביותר בתוך טרנזיסטור MOSFET ולהביא לנזק כתוצאה מחום – מנגנונים אלו מתוארים בתרשים שבאיור 4b. בשני המנגנונים הראשונים מעורבת פריצה בסיסית של צומת חיבור drain של טרנזיסטור MOSFET – באופן רוחבי על פני הערוץ או אנכית על פני בידוד הצומת של חיבור drain וחיבור source. המנגנון השלישי מעורר על ידי אירוע של יינון התנגשות והוא יוצר ממתח עצמי וחזרה מהירה (snapback) של ההתקן הדו-קוטבי הפרזיטי – אירוע של יינון בחיבור drain הוא תנאי מוקדם הכרחי להתנהגות זו. אם נוצר מספיק פיזור הספק פנימי בטרנזיסטור MOSFET כתוצאה מאחד מאירועי היינון הללו, והוא חורג ממגבלות החום הרגיל של ההתקן, עלולה להתרחש כתוצאה מכך תקלה קטלנית של ההתקן. התנהגות החזרה המהירה הדו-קוטבית היא בעייתית במיוחד מאחר שקיים מנגנון של משוב חיובי בטמפרטורה שעלול לגרום לתופעה של בריחה תרמית שיש לה תיעוד מפורט עבור טרנזיסטורי צומת דו-קוטבית (BJT).
ב. שיפור העמידות של טרנזיסטור LDMOS
את התנהגותה של העמידות של טרנזיסטור MOSFET אין אפשרות להפריד מרשתות התיאום של מגבר ההספק או ממקורות האותות או התקני העומס של מגבר ההספק. עם זאת, אפשר לשלב שיפורים יסודיים בהתקן בתוך טרנזיסטור MOSFET על מנת לשפר את היכולת של ההתקן לעמוד במאמצים המופעלים על ידי מגבר ההספק. אפשר לבצע שינויים במבנה הפנימי של ההתקן על מנת לתת מענה לשלושה מנגנונים של יינון התנגשות, כדי לשנות את התנאים שבהם מתרחשים אירועי יינון וכדי לשנות את אופייני ההתקן הדו-קוטבי הפרזיטי. איור 5 מתאר חתך רוחב בהתקן LDMOS מסוג VHV6 מחיבור source לחיבור drain ומציג את הקצבים של יינון התנגשות והאתרים שלו בשלושה תכנונים שונים.

אפיון העמידות בפועל עבור מגברי הספק לת”ר כמו LDMOS כרוך בדרך כלל בשינוי אופייני הפעולה של מגבר ההספק (אי תיאום של העומס, מתח אספקה גדול יותר לחיבור drain, זמן עלייה קצר יותר של האות) על מנת להגדיל את המאמצים על טרנזיסטור MOSFET כדי לקבוע את נקודת התקלה-הכשל.
חברת Freescale משתמשת בשתי שיטות עיקריות לבדיקת עמידות ההתקנים שלה:
1. פעולה ברמות גבוהות יותר של חוסר תיאום עכבות (אימפדאנס): במדידה של הרמות התואמות של יחס הגלים העומדים במתח (יג”ע – VSWR) של העומס.
2. בדיקת מתג השראה ללא הידוק שבה נמדדת ספיגת האנרגיה ממשרן הבדיקה.
בשיטה השנייה משתמשים במבדק עומס השראתי ללא הידוק של חברת Integrated Technologies, דגם #ITC55100B על מנת למדוד את היכולת המרבית לפיזור אנרגיה של ההתקן בתנאים אלו של זרם גבוה ומתח גבוה.
איור 6 שלהלן מציג את התרשים הפנימי של המבדק ITC55100B.
בקר המבדק מפעיל את מחולל האותות כדי להפעיל את היחידה שבבדיקה (DUT) דרך נגד ההגבלה והסיומת RG ויוצר בכך צורת גל של אות מיתוג נקי ביותר. צורת גל האות הזו בודקת את היכולת המרבית לפיזור אנרגיה של היחידה שבבדיקה על ידי הפעלת מאמצים של רמות מבוקרות שונות של אנרגיה על היחידה. בדיקה זו מושגת על ידי חיבור עומס השראי ללא הידוק לחיבור drain ו-source ולאחר מכן הגדלה של מתח העומס וגם של זרם העומס עד אשר מושגת נקודת התקלה ביחידה שבבדיקה. שיטת בדיקה זו של התקני הספק מספקת נתונים הדירים, כמותיים ואמינים הנדרשים להערכת היכולת של טרנזיסטורי LDMOS לשרוד מצב של הפעלת מאמצים שיכולים היו לגרום לתקלה של מצב גלישה (avalanche). הדירוג הסופי של היכולת המרבית לפיזור אנרגיה בג’אולים מחושב בנוסחה הבאה:
, כאשר L הוא ערך השראות העומס, ו-I הו-א זרם השיא בתוך משרן העומס.
איור 7 מראה כיצד לתכנון ההנדסי הפנימי של ההתקן הייתה השפעה חיובית מכרעת על העמידות של ההתקנים בבדיקה זו.
חברת Freescale פיתחה את תהליך LDMOS ל-50 וולט EVHV6 עבור יישומים תעשייתיים כדוגמת מחוללי פלזמה, מערכות לייזר CO2 ומערכות דימות MRI שבהם קיימת דרישה לעמידה בתנאי יג”ע גבוהים. ההרחבה של תהליך EVHV6 לטכנולוגיית VHV6 יוצרת התקנים שיכולים לעמוד בערכי יג”ע גבוהים יותר מ-65:1 בכל זוויות המופע ובהספק המוגדר שלהם.
חברת Freescale פיתחה תהליך שבו עמידות משופרת אינה באה על חשבון ביצועי ת”ר ובכך הפכה את התקני סדרה E של Freescale למתאימים לכל יישום שבו העמידות יכולה להיות יתרון.

4. תכונות התכנון
חלק זה מתאר את תכונות התכנון של התקני ההספק לת”ר ולמתח של 50 וולט, בהם ביצועי ת”ר, מאפייני חום, עכבות של ההתקנים ומודלים של ההתקנים.
א. התקנים מוקשחים ל-50 וולט
חברת Freescale מציעה מעתה התקני הספק ל-50 וולט בעלי עמידות עליונה המתוכננים ליישומי ISM. התקני 50 וולט אלו מתאימים לרמות הספק מ-300 וואט עד 1.25 קילו-וואט ותדירויות מ-1.8 מגה-הרץ עד 860 מגה-הרץ. הרשם לעלון Design News (חדשות התכנון) של Freescale כדי לקבל מידע בנוגע למוצרים חדשים שיוצאים לשוק.
ב. התקני הספק ל–50 וולט המיועדים ליישומי ISM וליישומי חלל ותעופה אזרחיים
חברת Freescale מציעה התקני הספק רבים ושונים ל-50 וולט המיועדים לפס השידור ISM. התקני 50 וולט אלו זמינים ברמות הספק שונות ובסוגי מארזים מגוונים. בטבלה 4 מוצג היצע מוצרי LDMOS ל-50 וולט הזמין מאת חברת Freescale. רמות ההספק מסופקות בטווח מ-10 וואט עד 1000 וואט והם מכסים את טווח התדירויות מ-1.8 מגה-הרץ ועד 1400 מגה-הרץ.
ג. דוגמאות של התקני הספק ל-50 וולט
MRFE6VP61K25H הוא התקן רב תכליתי שמתאים היטב לטווח רחב של יישומים. הוא יכול לספק גל רציף בהספק של יותר מ-1 קילו-וואט, ועומד בחוסר תיאום קיצוני גם בהספק המוצא המרבי המוגדר. יכולת זו נובעת מהנצילות הגבוהה שלו, מהתנגדות החום הנמוכה ומתכנון הסיליקון המוקשח.
דוגמה מצוינת של יישום עם ההתקן הזה מוצגת בתכנון המעגל לייחוס עבור פס השידור באת”ד FM) 87.5-108) מגה-הרץ. בטווח תדירויות זה יש להתקן יכולת להספק מוצא גדול יותר מ-1100 וואט, להגבר גדול מ-24 dB ולנצילות חיבור drain גדולה  מ-80.  איפיון הביצועים נעשה באמצעות מעגל היישום לטווח 87.5-108 מגה-הרץ המוצג באיור 8.
באיור 9 מופיעים ביצועי הפס הרחב של מעגל היישום ל-87.5-108 מגה-הרץ.
כדוגמה נוספת תוכנן MRF6V12500HS לכיסוי טווח התדירויות 960 מגה-הרץ עד 1215 מגה-הרץ. איור 10 מציג את פרישת המעגל הקומפקטי לפס רחב בגודל של
8.2 ס”מ  5.6 ס”מ בלבד.
הביצועים האופייניים של תכנון זה להעברת אותות בטווח 960 מגה-הרץ עד 1215 מגה-הרץ מוצגים באיור 11. במעגל בדיקה זה המספק 500 וואט במוצא, ההגבר גדול מ-17.5 עם שטיחות הגבר יותר טובה מ-1 ועם נצילות חיבור drain גבוהה יותר מ-56.

ד. ביצועי החום של LDMOS ל-50 וולט
התקני LDMOS ל-50 וולט של Freescale תוכננו הן לביצועי ת”ר מצוינים והן לביצועי חום מצוינים ביישומים המיועדים. ההתקנים עוברים אופטימיזציה לחום עבור יישומי אותות וגם עבור יישומי גל רציף.
איור 12 מציג תרשים של עכבת חום המעבר עבור התקן MRFE6VP61K25H בתנאים שונים של אותות דפקים. הציר האופקי (התחתון) מראה את רוחב אות הדופק בשניות ועקומות עבור שני מחזורי עבודה שונים. לדוגמה, ברוחב אות של 100 מיקרו-שנייה ומחזור עבודה של 10% אפשר לראות θjc של 0.22 מעלה צלזיוס לוואט. אפשר לראות מהגרף הזה ש-θjc בגל רציף (CW) היא 0.15 מעלה צלזיוס לוואט.
איור 13 מראה את הזמן הממוצע עד תקלה (MTTF) בתלות בטמפרטורת הצומת עבור תנאי פעולה בגל רציף. בגרף זה מונחות ההנחות שהספק המוצא בגל רציף הוא 1250 וואט, מתח חיבור drain הוא 50 וולט מתח ישר ונצילות חיבור drain היא יותר מ-74%. כדוגמה, הגרף מראה שבטמפרטורת צומת של 150 מעלות צלזיוס, הזמן הממוצע עד תקלה הוא בערך 4.5 מיליון שעות או 513 שנים.
ה. מודלים של התקן LDMOS ל-50 וולט
קיימים מודלים המיועדים לסייע ללקוחות בהדמיה של תכנונים עם התקני LDMOS ל-50 וולט של Freescale. טבלה 5 מראה את המצב של המודלים הקיימים כיום עבור ההתקנים.
כדוגמה ליתרונות הגלומים בשימוש במודלים של מוצרי LDMOS ל–50 וולט של Freescale, איור 14 מראה את עקומות הביצועים בת”ר של MRF6V3090N עם הנתונים הנמדדים במתקן הבדיקה בפס רחב ועם ההדמיות של מודל המוצר עבור יישום באותות דפקים בפס L בטווח 960 מגה–הרץ עד 1215 מגה–הרץ. בטבלה 6 מוצגת השוואה של תוצאות הביצועים הנמדדות לעומת התוצאות של ההדמיה בתנאים של אותות דפקים.

5. סיכום
חברת Freescale שיפרה בהצלחה את מעמדה כספק המוביל בעולם של טרנזיסטורי LDMOS לת”ר בהספק גבוה, על ידי פיתוח, קבלת אישורים והעברה לייצור של תיק מוצרי LDMOS ל–50 וולט, אלו המתוכננים במיוחד עבור הדרישות הייחודיות של מגזרי שוק יישומי ISM, ובתחום התעופה והחלל המסחריים. בהשוואה למתחרים וטכנולוגיות קיימים המשמשים במגזרי שוק אלו, התקני LDMOS המיועדים ל–50 וולט של Freescale מספקים הספק, הגבר, ליניאריות, נצילות ועמידות עליונים.
במאמר זה תיארנו את טכנולוגיית ההתקנים עם תכונות חשובות, הצגנו פרטים בנוגע לאופן שבו העמידות העליונה מושגת ותיארנו את הביצועים ואת תכונות התכנון של תיק המוצרים. חברת Freescale מחויבת לאספקת פתרונות תחרותיים לשוק מערכות ההספק בת”ר, כולל תוכנית פיתוח מקיפה שתאפשר לשמור על יכולתה של Freescale להוביל בחדשנות.