Concetto fondamentale
LDMOS è l'abbreviazione di semiconduttore di ossido di metallo diffuso lateralmente. Si tratta di una tecnologia di semiconduttori progettata per applicazioni di potenza in radiofrequenza e prodotta su un substrato di silicio.
In termini semplici, puoi interpretarlo come una sorta di transistor in grado di "svolgere lavori pesanti", particolarmente efficace nel lavorare in condizioni di alta-frequenza e alta-potenza.
1. Cos'è?Principi fondamentali e caratteristiche strutturali
LDMOS è un tipo di MOSFET, ma la sua struttura è stata appositamente ottimizzata per ottenere un'elevata tensione di rottura e prestazioni ad alta frequenza.
La "diffusione orizzontale" nel suo nome rivela la chiave:
Trasversale: la corrente scorre orizzontalmente all'interno del transistor (dalla sorgente allo scarico, parallelamente alla superficie del wafer di silicio). Ciò è diversa da un'altra direzione del flusso di corrente chiamata dispositivo "verticale".
Diffusione: nel processo di produzione, una regione drogata specifica (in particolare la regione del corpo P-) viene formata attraverso una fase del processo chiamata "diffusione". Questo processo di diffusione crea un gradiente di concentrazione preciso, che è la chiave per ottenere prestazioni elevate.
Caratteristiche strutturali principali di LDMOS:
Zona di deriva: tra lo scarico e il canale è presente una "zona di deriva" leggermente drogata. Quest'area è l'essenza del successo di LDMOS:
Funzione: resistente all'alta tensione. Quando il transistor è spento, la maggior parte della tensione cade in quest'area per evitare guasti al dispositivo.
Vantaggi: consente all'LDMOS di funzionare con una tensione di alimentazione più elevata, erogando così una maggiore potenza.
Isolamento con ossido di silicio: i primi LDMOS utilizzavano solitamente la tecnologia di isolamento dell'ossidazione locale per ridurre la capacità parassita.
Struttura asimmetrica: source, gate e drain dell'LDMOS non sono geometricamente simmetrici. Questa è una delle principali differenze tra questo e il MOSFET simmetrico standard.
2. Principali vantaggi
Il motivo per cui LDMOS ha dominato per decenni il campo dell'energia RF è dovuto alla sua serie di eccezionali vantaggi:
Elevata potenza in uscita: può gestire tensioni e correnti elevate e produrre da decine di watt a diversi kilowatt di potenza in radiofrequenza.
Guadagno elevato: a una determinata frequenza, può fornire un'elevata capacità di amplificazione del segnale.
Buona linearità: questo è uno dei vantaggi più importanti. Una buona linearità significa che la distorsione del segnale è piccola, il che è essenziale per i moderni formati di modulazione complessi (come OFDM utilizzato in 4G/5G) per garantire la qualità e l'efficienza della trasmissione dei dati.
Elevata durata: può resistere a condizioni di carico difficili (come disadattamento del carico), ad esempio quando l'antenna è danneggiata, non è facile bruciarsi.
Efficacia in termini di costi-: basato su un processo di produzione maturo del silicio, il costo è molto inferiore rispetto ad altre tecnologie ad alta-frequenza e ad alta-potenza (come GaAs o GaN-su-SiC).
Alimentazione singola: solitamente per funzionare è necessaria una sola tensione di alimentazione positiva, semplificando la progettazione del circuito.
3. Principali aree di applicazione
LDMOS è la forza principale di molte applicazioni infrastrutturali:
Stazioni base per comunicazioni mobili: questo è il mercato più grande e importante per LDMOS.
Amplificatore di potenza della stazione base macro: è ampiamente utilizzato nelle reti 2G, 3G e 4G, in particolare nella banda di frequenza da 1,8 GHz a 2,2 GHz.
Unità antenna attiva Massive MIMO 5G: nonostante debba affrontare la concorrenza GaN nella banda ad alta frequenza, LDMOS è ancora una scelta competitiva nella banda sub-6GHz come 3,5GHz.
Trasmettitore di trasmissione:
Lo stadio dell'amplificatore di potenza delle trasmissioni radiofoniche e televisive FM.
Bande di frequenza industriali, scientifiche e mediche:
Viene utilizzato come fonte di energia per la generazione di plasma, il riscaldamento a radiofrequenza, l'ablazione medica a microonde e altre apparecchiature.
Avionica e Pubblica Sicurezza:
Utilizzato nei radar, nelle comunicazioni radio e in altri sistemi.