异质结双极型晶体管hbt研究背景及简介

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1、异质结双极型晶体管HBT研究背景及简介1HBT概述2HBT的发展3HBT的特点4HBT的电流传输原理5HBT的主要性能参数电子信息材料产业的技术水平和发展规模，已经成为衡量一个国家经济发展状况、科技进步和国防实力的重要标志。上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明以及硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并使人类进入了信息时代。而超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，则彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程

2、”发展到“能带工程”。第一代半导体材料以硅为代表。硅是目前为止人们认识最全面、制造工艺水平最高的半导体材料。第二代半导体材料以低位错密度的垂直梯度凝固法(VGF)和水平(HB)方法生长的导电GaAs衬底材料为主。第三代半导体材料以宽禁带半导体材料为代表。其中GaAs、InP基晶格匹配和应变补偿材料体系发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。但是无论是从异质结材料体系设计和生长，器件性能提升，还是器件模型和模拟平台的建立上而言都还处于起步阶段，远未成熟，这其中既有大量的技术问题需要攻关，同时也有大量的基础

3、科学问题亟待解决。1HBT概述异质结双极晶体管（Hetero-junctionBipolarTransistor,简称(HBT)基区(base)异质结SiGe外延(图1)：其原理是在基区掺入Ge组分，通过减小能带宽度,从而使基区少子从发射区到基区跨越的势垒高度降低，从而提高发射效率γ,因而，很大程度上提高了电流放大系数。在满足一定的放大系数的前提下，基区可以重掺杂，并且可以做得较薄，这样就减少了载流子的基区渡越时间，从而提高器件的截止频率(Cut-OffFrequency)，这正是异质结在超高速，超高频器件中的优势所在。异质结双极晶体

4、管HBT(HeterojunctionBipolorTransistar)是指发射区、基区和集电区由禁带宽度不同的材料制成的晶体管.异质结双极晶体管与传统的双极晶体管不同，前者的发射极材料不同于衬底材料，后者的整个材料是一样的，因而称为异质结器件。异质结双极晶体管的发射极效率主要由禁带宽度差决定，几乎不受掺杂比的限制。这就大大地增加了晶体管设计的灵活性。图1加偏后NPN型GaAlAs/GaAs晶体管的能带图异质结双极晶体管是纵向结构的三端器件，发射区采用轻掺杂的宽带隙半导体材料（如GaAs、InP），基区采用重掺杂的窄带隙材料（如Al

5、GaAs、InGaAs）。ΔEg的存在允许基区比发射区有更高的掺杂浓度，因而可以降低基极电阻，减小发射极－基极电容，从而能得到高频、高速、低噪声的性能特点。由于ΔEg>0、并且有一定的范围，所以电流增益也很高，一般直流增益均可做到60以上。特别值得指出的是，用InGaAs作基区，除了能得到更高的电子迁移率外，还有较低的发射极－基极开启电压和较好的噪声特性。它的阈值电压严格的由ΔEg决定，与普通的FET的阈值电压由其沟道掺杂浓度和厚度决定相比容易控制、偏差小且易于大规模集成。这也是HBT重要的特点。HBT的能带间隙在一定范围内可以任意地

6、进行设计。异质结双极晶体管的结构特点是具有宽带隙的发射区，大大提高了发射结的载流子注入效率。HBT的功率密度高，相位噪声低，线性度好，单电源工作，虽然其高频工作性能稍逊于PHEMT，但它特别适合在低相位噪声振荡器、高效率功率放大器、宽带放大器中应用。下表是RFIC的几种工艺的性能比较:参数Si双极SiGeHBTGeAsFETGeAsHEMTGaAsHBT增益一般优良优良优良优良功率密度优良优良一般好优良效率一般优良好优良优良优值好优良好好优良击穿电压好好优良优良优良单电源供电是否否是最近几年，除GaAs基的HBT已达到了相当好的速度，

7、如=170GHZ以外，InP基的HBT发展也很快，其最好的器件及已超过200GHz，SiGeHBT则是近年来人们十分重视的器件；主要原因是硅的VLSI发展已很成熟，SiGeHBT可以借用VLSI的工艺较快用到微电子领域。近几年已有报导采用商用的超高真空CVD(UHVCD)设备在8″CMOS线上制作的SiGe外延材料制作的HBT，形成12位数模转换器，其工作速度达1GHz，比硅器件要快很多，而功耗延迟乘积也优于已实用的三五族化合物材料的异质结器件。典型的InGaAs/InP单和双异质结二级型晶体管（SHBT和DHBT）如下图:SHBT和

8、DHBT由多种材料的化合物制成，起始于磷化铟衬底。InGaAs/InP是一种很重要的HBT材料.InGaAs/InP相比于其他材料的优点：InGaAs中的高电子迁移率（GaAs中的1.6倍，Si中的9倍）。瞬时电子过冲的