LDMOS : Comprendre le Transistor MOS à Diffusion Latérale
Aujourd’hui, on va voir en détail ce qu’est un LDMOS, un transistor MOS à diffusion latérale, et pourquoi il est si important dans les applications haute puissance et radiofréquence.
Qu’est-ce que le LDMOS ?
Le LDMOS (Lateral Diffused Metal-Oxide-Semiconductor) est un type spécifique de transistor MOSFET conçu pour supporter des tensions élevées et délivrer de fortes puissances tout en conservant une bonne linéarité. Contrairement aux MOSFETs classiques à structure verticale, le LDMOS présente une diffusion latérale de la zone dopée, ce qui permet un contrôle précis du canal et une meilleure gestion des contraintes électriques.
Structure et fonctionnement
La particularité du LDMOS réside dans sa structure physique :
- Diffusion latérale : Le canal et la région drain sont réalisés latéralement sur une surface plane, permettant un ajustement plus fin des profils dopants.
- Grille MOS : Placée au-dessus du canal, elle contrôle le passage des porteurs de charge.
- Drain étendu : Une zone fortement dopée et étendue qui supporte la haute tension et limite la chute de tension.
Cette architecture permet au LDMOS d’offrir une haute résistance aux tensions tout en minimisant les pertes de conduction et en améliorant la robustesse thermique.
Applications principales
Le LDMOS est largement utilisé dans :
- Amplificateurs RF haute puissance : Dans les stations de base mobiles (4G, 5G), où il assure la transmission efficace des signaux radiofréquences.
- Électronique de puissance : Alimentations à découpage, onduleurs, et convertisseurs où la gestion thermique et la tenue en haute tension sont cruciales.
- Amplificateurs audio de puissance : Grâce à sa capacité à gérer de fortes intensités tout en restant linéaire.
Caractéristiques électriques clés
| Caractéristique | Description | Valeur typique |
|---|---|---|
| Tension de drain-source (VDS) | La tension maximale supportée entre drain et source | 50 V à 200 V |
| Courant de drain (ID) | Le courant maximal que le transistor peut gérer | Plusieurs ampères, typiquement 5 A à 20 A |
| Résistance à l’état passant (RDS(on)) | Résistance interne lors de la conduction, impactant les pertes | De l’ordre de quelques dizaines de milliohms |
| Gain en fréquence (fT) | Fréquence à laquelle le gain en courant devient 1 | Souvent plusieurs GHz, idéal pour RF |
Avantages et limites
- Avantages :
- Excellente tenue en haute tension.
- Bonne linéarité, essentielle en RF.
- Gestion thermique améliorée grâce à la structure latérale.
- Fabrication compatible avec les processus CMOS standards.
- Limites :
- Plus complexe à fabriquer que les MOSFETs verticaux classiques.
- Résistance à l’état passant parfois plus élevée que certains transistors spécialisés.
- Fragilité possible face aux décharges électrostatiques sans protection adaptée.
Exemple d’utilisation : Amplificateur RF pour station de base
Dans une station de base LTE, un LDMOS est souvent choisi pour son compromis entre puissance de sortie, linéarité et efficacité. Par exemple, un transistor LDMOS capable de supporter 100 V et délivrer 15 A peut amplifier un signal RF de 2 GHz avec une puissance de sortie de plusieurs centaines de watts tout en minimisant la distorsion.
Cette capacité permet d’assurer la qualité et la portée du signal sans surchauffer ni perdre d’énergie inutilement.
Pour approfondir, découvrez notre article sur les différences entre LDMOS et GaN, deux technologies clés pour les amplificateurs haute fréquence.
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