ESD增强型器件推动超高频放大器在汽车电子中的应用

一个减少ESD感应磁场的直接方式是通过选择降低层中掺杂质的密度，用来分散相反极性的电荷更加深入的进入层内。可遗憾的是，这种方法影响了层阻抗(和RF性能)。一种更好的方法是在底层和集电极区域之间插入一个过渡层。这个过渡区域的掺杂质密集度要比活跃的集电极区域高，但是要比底层的低；尽管如此，它必须要足够高到使这个过渡区在正常的工作中可以被当作一个层(图1)。这种设计方法被运用到了BFP460中用来把ESD的容限从300V提升到1500V(具有64um2发射极区域的封装器件)。

仿真性能

利用DESSIS CAE仿真器可以获取更多ESD的机制。过程仿真器DIOS作为基本射频晶体管单元分析的第一步，可用在两种配置下，即带有或者不带缓冲层。在ESD仿真中，要为物理模型设计一个HBM电路，且电容器的放电可以在时域内计算出来。由于反向脉冲负载下的基极－集电极的性能很差，因而常用来做分析。

参考电容可以达到3000V并且最高电流密度可达到12.6 mA/μm2(图2)。对于普通的晶体管，场的异常高区域通常在集电极衬底层边缘处，然而可以利用缓冲区来有效的降低它，这是由于ESD电流中的自由电子的补偿作用分布的更深更广。而且在内部基极连接处，很高的电流密度也会导致高能电场的产生。通过对很多案例分析发现，该处的硅已经融化了。

图3中的电流-电压(I-V)曲线显示了缓冲层的作用。曲线是在很多时间段上绘制的，利用箭头合标记来标明时间的发展方向。雪崩效应和电压崩溃的并发造成了曲线前端的不稳定，这是由自由空穴引起的但不影响ESD分析。带有缓冲层的器件具有负斜率的I-V特性：如果雪崩效应在一点变得强烈，该处的电压会上升。如果电压稳定并均衡，就不会出现电流拥挤的现象。


在分散的射频晶体管的生产向英飞凌的新流程“自排列双极性方法”的过渡中，有机会对BFP460做新的设计。在新流程中，发射极是利用对n极层的沉积来取代以前掺杂砷的方法。该方法严格控制生产过程的参数，并在参数的小范围内实现对晶体管高容量运行的控制。

例如平板射频晶体管的直流电流增益(hFE)通常在一个很宽的范围内分布，但在BFP460的生产中，却在很小的范围内(100到150之间)可控。


尽管ESD增强的晶体管的适用范围很广(图4)，但在超高频的宽带反馈的LNA(低噪声放大器)中仍采用BFP460。这种特殊的LNA可在315和434MHz上增强RKE和TPMS的射频芯片接收器的范围和敏感度，它由九部分组成，其中包括BFP460晶体管。为了降低成本，用电阻和电容来替代贴片电感(感应器)。其应用板上带有一种可选的低功耗极总带通滤波器，中心频率设为315MHz，并可重设为434MHz，可以用来降低通带外被过滤掉的信号对RKE接收器的影响。应用板支持LNA以及滤波器的自测试，或者二者同时测试。


LNA可以无条件的稳定，并在300到1000MHz上具有良好的回波损失、增益以及噪声等有良好的性能。它可以工作在315、434或者900MHz的ISM带宽之内，且无需更改任何设置。感兴趣的读者可以通过与本文作者或者本杂志联系以获取LNA的物料清单。基于BFP460的应用板可以从英飞凌获得。