富士通開發(fā)出適用于功率放大器的CMOS邏輯高壓晶體管
富士通微電子（上海）有限公司近日宣布，富士通實(shí)驗(yàn)室和富士通株式會(huì)社聯(lián)合開發(fā)出一款具有高擊穿電壓并基于邏輯(1)制程的CMOS高壓晶體管，該晶體管適用于無線設(shè)備的功率放大器。作為先進(jìn)科技的先驅(qū)，富士通開發(fā)完成了世界上第一代基于45納米工藝的CMOS晶體管，能夠處理10 V功率輸出，這使得晶體管能夠處理用于WiMAX(2)和其它高頻應(yīng)用的功率放大器的高輸出要求。這一新技術(shù)能夠?qū)⒐δ芊糯笃骱虲MOS邏輯控制電路在同一塊芯片上集成，可實(shí)現(xiàn)單芯片的工作模式，從而使生產(chǎn)出高性能和低功耗的功能放大器成為可行。
今年12月15日到17日在舊金山舉辦的2008年IEEE國際電子元器件大會(huì)（IEDM）上已展示該技術(shù)的詳細(xì)信息（會(huì)議/報(bào)告: 19.1）。
背景
因?yàn)橛糜跓o線設(shè)備的功率放大器產(chǎn)生高頻時(shí)需要高功率輸出，目前廣泛使用砷化鎵（GaAs）等化合物半導(dǎo)體，功率放大器作為單獨(dú)的芯片貼裝，與通用CMOS邏輯芯片上的控制電路分離。如果在單一芯片上集成所有的功能可降低整個(gè)模塊的成本，并有可能被用于滿足無線設(shè)備及無線通信標(biāo)準(zhǔn)（WiMAX和LTE(3).）的通訊速度要求。這要求晶體管不僅能夠兼容CMOS邏輯處理技術(shù)，而且能滿足WiMAX及其它無線通信標(biāo)準(zhǔn)對(duì)功率放大器的要求。
技術(shù)挑戰(zhàn)
功率放大器在面對(duì)高頻應(yīng)用（如WiMAX）時(shí)，其所需功率輸出會(huì)超過使用標(biāo)準(zhǔn)CMOS邏輯制程的晶體管的擊穿電壓。要克服這一難題并同時(shí)維持CMOS工藝技術(shù)的兼容性，需要增加晶體管的擊穿電壓，而擊穿電壓的增加可通過降低漏極周圍的電場來實(shí)現(xiàn)，同時(shí)要注意電場的調(diào)整容易致使晶體管出現(xiàn)故障。另外，高擊穿電壓的結(jié)構(gòu)往往容易增加晶體管的導(dǎo)通電阻(4)，致使高頻時(shí)難以獲取滿意的性能。所以，無論使用種方案都需要增加擊穿電壓并同時(shí)避免導(dǎo)通電阻的升高。
新研發(fā)的技術(shù)
1. “低摻雜漏極”（LDD）區(qū)包圍該晶體管的漏極，并與門極重疊。這一結(jié)構(gòu)既能降低水平擴(kuò)展至漏極的電場，也能降低垂直擴(kuò)展至門極氧氣層的電場，從而增加了擊穿電壓。
2. 晶體管溝道內(nèi)的摻雜物橫向斜度分布。這樣能夠降低溝道內(nèi)漏極一側(cè)的摻雜物密度，同時(shí)限制漏電阻（漏電阻是導(dǎo)通電阻的重要組成部分）的增加。還能降低橫向向漏極擴(kuò)展的電場，并能增加擊穿電壓。
通常提高CMOS晶體管擊穿電壓的方法是增加門極和漏極之間的寬度。與以往的方法相比，這一新結(jié)構(gòu)不增加寬度也能有效抑制導(dǎo)通電阻。
此外，由于該結(jié)構(gòu)只需形成LDD區(qū)和定制溝道區(qū)兩個(gè)額外步驟，因此能夠?qū)崿F(xiàn)高度兼容3.3 V I/O(5) 的標(biāo)準(zhǔn)晶體管。
效果
（測量頻率: 2.1 GHz; 門極寬度: 0.32 mm）
富士通通過使用45nm工藝技術(shù)把新型晶體管技術(shù)應(yīng)用到3.3 V I/O的標(biāo)準(zhǔn)晶體管上，從而開發(fā)出了世界上首個(gè)能把擊穿電壓從6 V 提高到 10 V的晶體管。新型晶體管適用于功率放大器，它在最大振蕩頻率為43 GHz （圖2）時(shí)每個(gè)1mm門極寬度能夠輸出0.6 W（0.6 W/mm），展示了其作為功率放大器在面向WiMAX等高頻應(yīng)用方面的卓越性能。新型晶體管在基本的可靠性測試上也取得了良好的測試結(jié)果。
未來發(fā)展
富士通新型開發(fā)的高壓晶體管為帶高擊穿電壓的CMOS邏輯晶體管在功率放大器中的使用鋪平了道路。富士通將利用該技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，持續(xù)在單一芯片上集成功率放大器和控制電路方面做出努力，以實(shí)現(xiàn)成本更低和性能更高的功率放大器模塊。
術(shù)語和注釋
1 CMOS邏輯:
邏輯電路包括帶補(bǔ)充性內(nèi)部連接的N-型（negative-type）和P-型（positive-type）氧化金屬半導(dǎo)體（MOS）晶體管。補(bǔ)充性氧化金屬半導(dǎo)體（CMOS）邏輯芯片是目前集成電路市場的主流，能夠降低集成電路的功耗。
2 WiMAX:
全球微波接入互操作性。一種無線通信標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)期將廣泛應(yīng)用于無線設(shè)備。
3 LTE:
長期演進(jìn)。新型手機(jī)通信標(biāo)準(zhǔn)，服務(wù)預(yù)期于2010年左右開始。
4 導(dǎo)通電阻:
晶體管通電時(shí)源極和漏極之間的電阻。導(dǎo)通電阻越低，高輸出特性效果越高越好。
5 I/O 晶體管:
I/O上的晶體管，內(nèi)嵌入集成電路（IC）上，用于與處理外部元器件的信號(hào)交換。大多數(shù)情況下，I/O電路操作的電壓比IC內(nèi)部的要高。3.3 V I/O晶體管是目前最通用的一款。
關(guān)于富士通實(shí)驗(yàn)室
富士通實(shí)驗(yàn)室成立于1968年，是富士通株式會(huì)社的獨(dú)資子公司。富士通實(shí)驗(yàn)室是世界上首批研究中心之一。遍及日本、中國、美國和歐洲的實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)絡(luò)在多媒體、個(gè)人系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、外圍設(shè)備、高級(jí)材料和電子元器件方面進(jìn)行基礎(chǔ)性應(yīng)用研究。更多信息，請(qǐng)瀏覽：http://jp.fujitsu.com/group/labs/en/.
關(guān)于富士通微電子株式會(huì)社（FML）
富士通微電子株式會(huì)社（FML）是一家大規(guī)模集成電路（LSI）制造商，提供滿足廣大客戶需求的最優(yōu)和高可靠性的解決方案，其LSI產(chǎn)品包括ASIC（專用集成電路）/COT（客戶自有電路）、ASSP（專用標(biāo)準(zhǔn)電路）和電源管理IC及閃存微控制器。除致力于圖像、無線和加密LSI等廣范圍的專門技術(shù)應(yīng)用外，F(xiàn)ML還積極采取節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的策略。FML是富士通株式會(huì)社的子公司，總部位于東京，2008年3月21日成立。FML遍及日本、亞洲其他地區(qū)、歐洲和美國的全球銷售和開發(fā)網(wǎng)絡(luò)為全球市場提供LSI解決方案。如需更多資訊，請(qǐng)瀏覽：http://jp.fujitsu.com/fml/en/
關(guān)于富士通微電子（上海）有限公司
富士通微電子（上海）有限公司是富士通在中國的半導(dǎo)體業(yè)務(wù)總部，于2003年8月成立，在北京、深圳、大連等地均設(shè)有分公司,負(fù)責(zé)統(tǒng)籌富士通在中國半導(dǎo)體的銷售、市場及現(xiàn)場技術(shù)支持服務(wù)。
富士通微電子（上海）有限公司的產(chǎn)品包括專用集成電路（ASIC）、單片機(jī)（MCU）、專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品（ASSP）/片上系統(tǒng)（SoC）和系統(tǒng)存儲(chǔ)芯片,它們是以獨(dú)立產(chǎn)品及配套解決方案的形式提供給客戶，并應(yīng)用于廣泛領(lǐng)域。在技術(shù)支持方面，分布于上海、香港及成都的IC設(shè)計(jì)中心和解決方案設(shè)計(jì)中心,通過與客戶、設(shè)計(jì)伙伴、研發(fā)資源及其他零部件供應(yīng)商的溝通、協(xié)調(diào)，共同開發(fā)完整的解決方案，從而形成一個(gè)包括中國在內(nèi)的完整的亞太地區(qū)設(shè)計(jì)、開發(fā)及技術(shù)支持網(wǎng)絡(luò)。欲了解更多信息，請(qǐng)?jiān)L問網(wǎng)站：http://cn.fujitsu.com/fmc
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