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异质结双极型晶体管

发射区、基区和收集区由禁带宽度不同的材料制成的晶体管。W.B.肖克莱于19来自51年提出这种晶体管的概念。70年代中期,在解决了砷化镓的外延生长问题之后,这种晶体管才得到较快的发展。最初称为"宽发射区"晶体管。其主要特点是发射区材料的禁带宽度EgE大于基区材料的禁带宽度EgB360百科

  • 中文名称 异质结双极型晶体管
  • 外文名称 Heterojunction bipolar transistor
  • 简称 HBT
  • 主要优点 基区可以高掺杂 可高达1020/cm3

简介

  异质结双极型晶体管(Heterojunction bipolar transistor,HBT)是在双极结型晶体管(Bipolar Junc候草另轴占侵岁害条tion Transistor来自,BJT)的基础上,只是把发射区改用宽带隙的半导体材料,即同质的发射结采用了异质结来代替。由于异质结能带的不连续性(带隙的能量差ΔEg = 价带顶能量突变ΔEv +导带底能量突变ΔEc),对n-p-n BJT,较大的ΔEv对于模夜区基区往发射区注入的空穴有阻挡作用,则宽带隙发射区异质结的注射效率接近1(即而波采抗制只有电子从发射区注入到基区),并且注射效率与发射区和基区的掺杂浓度无关。HBT的最大优点就在于发射结的注射效率 (放大系数) 基本上与发射结两边的掺杂浓度无关, 从而可把基区的掺杂浓度做得很高(甚至比发射区的还高), 这就可以在保证放大系数很大的前提下来提高频率, 从而能进入毫米波段。现在HBT是能够工作在超高频和超高速的一种重要的有源器件。HBT的最大电流增益可表示为 (不考虑基区复合)βmax = IEn / IEp ∝ exp[ΔEg / kT] ,则HBT与一般BJT的最大电流增益之比完全由带隙的能量差来决定:βmax (HBT) / βmax (BJT) = 360百科exp[ΔEg / kT] 。通常取ΔEg>250 meV, 则HBT的增益可比BJT的提高10的4次方倍。

  对于一般的BJT,为了进一步提高频率和速度,就要求减小基极电阻、减小发射结电容和减小寄生电容。而一般的BJT,为了提高注射效率, 需要织满活议知尽可能降低基区掺杂浓度NB和提高发射区掺杂浓度NE,使比值 (NB/NE) 降低角钟备粉;但是由于发射区重掺杂会引起禁异给置第称滑苦带宽度变窄和Auger复合显著, 反而使注射效率降低,同时也会使发射结电容增大;而且基区掺表反司资施般杂浓度也不能太低,否则会使基极电阻增大。所以采板娘图二用降低比值(NB/NE)的方法来提高发射结注射效率的作用是很有限的,而且提高放大能力与提高频率胜列压读压二和速度是互相矛盾的。也因此一般的BJT在实现超高频、超高速上遇到了不可克服的困知灯难。而异质结BJT(HBT)是一种新型结构的重要器件,它克服了频率、速度与放大系数之间的矛盾,从而可实现超高频和超高速。

制作方法

  在高浓度n型第一子集电极层(102)上,依次形成:由能带隙小的材料构成的高浓度n型第二子集电极层(108);由i型或者低浓度n型集电极层(103);高浓度p型基极层(104);由能带隙大的材料构成的广续略混喜为n型发射极层(105);高浓度n型发射极盖体办第胡技条动放层(106);由能带隙小的材料构成的高浓度n型发射极接触层(107)。发射极电极(111)、基极电极(112)、以及集电极电极(113)的各自的下侧形成合金化反应层(114)~(116)。由此,基于本发明的异质结双极布宽房工多宗汽白践记型晶体管,不仅可以降低制造成本,还能够实现口令孔胡固维临各电极的良好的欧姆身算妈酒业特性。

基本特征

罪火情术带红重力绿强  一种异质结双极型晶体管,其特征在于,具备以下各部分:高浓度础谈齐与春双n型第一子集电极层;形成于所述第一子集电极层上,且由与所述第一子集电极层相比能带隙更小的材料构成的高浓度n型第二子集电极层;形成于所述第二子集电极层的规定部分上的i型或者低浓度n型集电极层;形成于所述集电极层上的高浓度p型的基极华委际受罗映书口坐层;形成于所述基极层上,且由与所述基极层相比能带隙更大的材料构成的n型发射极层;形成于所述发射极层上的规定部分上的高浓度n型发射极盖体层;形成于所述发射极盖体层上,且由与所述发射极盖体层相比能带隙更小的材料构成的高浓度n型发射极接触层;形晚获先胡固基煤轴成于所述发射极接触层上,且由一个或者多个导电层构成的发来自射极电极;形成于所述发射极层的未形成所述发射极掌找机盖体层的部分上,且由一个或者多个导电层构成的基极电极;形成于所述第二子集电极层上的未形成所述集电极层的部分上,且由一个或者多个导电360百科层构成的集电极电极探破用所滑剂就,其中,在所述发射极接触层的所述发射极电极的下侧部分,形成第一合金化反应层;在所述发射极层的所述基极电极的下侧部分,形成第二合金化反应层;在所述第二子集电极层的所述集电极电极的下侧部分,形成第三合金化反应层。

主要优点

  HBT具有以下优点:①基区可以高掺杂 (可高达1020/cm3),则基区不易穿通,从而基区厚度可以很小 (则不限制器件尺寸的缩小);②因为基耐蛋京区高掺杂,则基区双能往何例谓构算电阻很小,最高振荡频率fmax得以提高;③基区电导调制不明显,则大电流密度时的增益下降不大;④基区电荷对C结电压不敏感,则Early电压得以提高;⑤发射区可以低掺杂 ( 如1017/cm3),则发射结势垒电容降低,晶体管的特征频率fT提高;⑥可以做成基区组分缓变的器件,则基区中有内建电场,从而载流子渡越基区的时间τB得以减短。总之,HBT的高频、高速性能以及大功率等性能都较优良。它与HEMT一起都是重要的毫米波有源器件以及毫米波IC的基础器件。

变异质结

  异质发射结最好是采用缓变异质结。可以用作为HBT发射结的几种异质结气行(举例):①AlGaAs/GaAs异质结的晶格匹配很好,容易实现微波与光电器件及其IC;②InP/InGaAs 或 InAlAs/InGaAs异质结的晶格能匹配,其中InGaAs的电子迁移率很高 (GaAs的1.6倍,是Si的9倍);③Si/SiGe

  异质结的晶格不匹配, 但可红所空杆采用应变层 (厚度<0.2μm) 来进行弹性调节之,而且在很大程度上这种异质结鱼怎早确述鸡委们已兵接器件的工艺与硅工艺兼容,由于Si和SiGe的ΔEg≈ΔEv , 则Si/SiGe异质结对n-p-n型的HBT有利。

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