HBT异质结双极型晶体管

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1、5异质结双极型晶体管(HBT)本章内容21.HBT的理论基础2.HBT的制作方法与结构3.典型结构HBT的性能4.HBT的应用展望5.1HBT的理论基础31951年,Schokley提出了宽禁带材料作晶体管发射结的原理1957年,H.Kroemer：若发射区材料的禁带宽度大于基区的禁带宽度,可获得很高的注入比1972年,Dumke利用液相外延方法制成了AlGaAs/GaAs异质结双极晶体管1978年Bell实验室利用MBE获得了调制掺杂AlGaAs/GaAs异质结构1980年用MBE方法制成AlG

2、aAs/GaAs异质结双极晶体管5.1HBT的理论基础4异质结双极晶体管（HBT）中心设计原理是利用半导体材料近代宽度的变化及其作用于电子和空穴上的电场力来控制载流子的分布和流动。HBT应用于微波振荡器、低噪声放大器、功率放大器、信号混合器、分频器、MMIC、T/R组件、全球定位系统GPS)以及微波、毫米波的军用通信等领域。5.2HBT的制作方法和结构5目前用于制作HBT的方法主要是外延工艺。共有三种方法：液相外延（LPE），分子束外延（MBE），和金属有机化学气相淀积（MOCVD）。液相外延（L

3、PE）:利用反应物的饱和溶液或过饱溶液作为源，通过相图的分析来控制化合物的组分比。优点：工艺比较简单，设备便宜，外延质量好。缺点：生产效率低，在薄膜层后的降低及其控制方面存在困难。1、HBT的制作方法5.2HBT的制作方法和结构61、HBT的制作方法分子束外延（MBE）:迄今最先进的外延生长方法，本质亦为真空蒸气法。但其蒸发物是以分子束或原子束的形式运输。特点：能保持单晶衬底晶体结构的连续性，也可在原子尺度上控制薄膜的厚度，同时晶体的生长温度较低，原子的热扩散系数小，可防止化合物组分的偏离以保证异

4、质结各项参数的精确控制。MOVCD:利用蒸气压高的金属烷基化合物在氢气氛中进行热分解析出金属Al，Ga,In等，并淀积在衬底上以生长化合物半导体单晶。并通过源化合物的相对压力来控制合金的组分。特点：可在大面积衬底上生长均质单晶，且衬底可以是绝缘物。5.2HBT的制作方法和结构72、HBT的结构异质结双极性晶体管——HeterojunctionBipolarTransistor（HBT）异质结双极性晶体管器件具有宽带隙发射区，大大提高了发射结的载流子注入效率；基区可以高掺杂（可高达1020cm-3)

5、，基区电阻rb可以显著降低，从而增加fmax；同时基区不容易穿通，从而厚度可以做到很薄，即不限制器件尺寸缩小；发射结浓度可以很低（约1017cm-3）,从而发射结耗尽层电容大大减小，器件的fT增大。HBT具有功率密度高、相位噪声低、线性度好等特点，在微波高效率应用方面比MESFET、HEMT更有优势。5.2HBT的制作方法和结构82、HBT的结构AlGaAs/GaAsHBT的结构及各层掺杂浓度的分布5.2HBT的制作方法和结构92、HBT的结构常见的HBT包括：（1）AlGaAs/GaAsHBT发

6、射区采用AlxGa1-xAs材料，Al组分x选择在0.25左右（高于此值时n型AlGaAs中出现深能级使发射结电容增加）。特点：AlGaAs/GaAs体系具有良好的晶格匹配，采用半绝缘衬低，器件之间容易隔离和互连。（2）InGaAsHBT基区采用InGaAs材料，InP或InAlAs作为发射区材料。这类器件的半绝缘衬底采用掺Fe的InP，特点：InGaAs中的电子迁移率很高，本征材料中其电子迁移率是GaAs材料的1.6倍。5.2HBT的制作方法和结构102、HBT的结构（3）Si/SixGe1-x

7、HBT加入Ge可以降低Si的禁带宽度，形成可以用于HBT基区的合金。特点：禁带宽度差基本全部产生在△EV制作n-p-n型HBT具有很高的注入效率；采用成熟的Si工艺，工艺简单成熟，价格便宜。5.2HBT的制作方法和结构113、HBT的结构设计异质结双极晶体管的材料结构设计要求：不同材料晶格常数应尽量接近（减少在界面处产生的位错、缺陷导致的载流子复合要获得高增益,发射区与基区的材料组合要有大的ΔEv.异质结材料的热膨胀系数的一致性材料的禁带宽度之差，导带和价带的断续量，材料迁移率。5.2HBT的制作

8、方法和结构123、HBT的结构设计发射区-基区异质结的设计考虑：HBT频率特性的提高,依赖于减少发射结面积,减少发射区的掺杂浓度.发射区掺杂浓度的减小虽然使发射结电容降低了,但是增加了发射区电阻,因此,要与发射区的厚度等结合起来考虑。发射结大的HBT,要设法实现理想的组分渐变,保证HBT的电流增益.对于突变结HBT,选择大的的发射结材料组合与基区的渡越时间有关结论:1.选择迁移率高的材料作基区2.减少基区宽度,从而减少渡越基区时间5.2HBT的制作方法和结构3、HBT的结构设计基区