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《半导体量子器件物理讲座第三讲异质结双极晶体管_HBT_.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、讲座半导体量子器件物理讲座＊第三讲异质结双极晶体管(HBT)王良臣(中国科学院半导体研究所北京100083)摘要文章首先给出了同质结双极晶体管和异质结双极晶体管(HBT)在材料结构参数上的差异.这种差异表明,在器件的材料结构设计上已从掺杂设计步入到了能带工程设计.和同质结双极晶体管相比,HBT具有更优越的性能.接着介绍了HBT的工作原理、典型的材料结构及器件的制作.关键词双极型晶体管,能带工程设计HETEROJUNCTIONBIPOLARTRANSISTORSWANGLiang-Chen(InstituteofSemiconductors,ChineseAcade
2、myofSciences,Beijing100083,China)AbstractThedifferencesbetweenthematerialstructuralparametersofahomojunctionbipolartransistorandthoseofaheterojunctionbipolartransistor(HBT)arediscussedbriefly.Itisshownthatdopingdesignforthedevice′smaterialstructurehasevolvedintobandengineeringdesign.I
3、ncomparisontoahomojunctionbipolartransistor,theHBTofferssuperiorperformance.Theprincipleofoperation,typicalmaterialstructuresandHBTfabricationprocedureswillbede-scribed.KeywordsHBT,bandengineeringdesign益.异质结双极晶体管(HBT)的电流增益截止频率1前言fT高,驱动能力强,适合于高速电路.它的相位噪声低,功率密度大,在低噪声大功率方面将发挥其特1951年,Scho
4、kley提出了宽禁带材料作晶体管长.[1]发射结的原理.1957年,H.Kroemer系统叙述了若发射区材料的禁带宽度大于基区的禁带宽度,可获2双极型晶体管的原理及基本材料结构[2][3]得很高的注入比.1972年,Dumke利用液相外延方法首先制成了AlGaAsGaAs异质结双极晶体管.同质结双极晶体管是利用同种半导体材料(如随着分子束外延(MBE)技术的出现与发展,1978年硅材料)制成的具有两个p-n结的晶体管,它是由Bell实验室利用MBE获得了调制掺杂AlGaAsGaAs电子和空穴两种载流子参与导电过程的半导体器异质结构.在此之后,1980年用MBE方法
5、制成了Al-件.两个p-n结形成了发射区E、基区B和集电区GaAsGaAs异质结双极晶体管.近些年来,人们利用C.其基本结构分p-n-p型和n-p-n型,如图1.能带工程又得到了不同材料结构的异质结双极晶体实际应用电路中晶体管有3种连接方法:共基管.极、共发射极和共集电极,如图2所示.这3种连接从同质的硅双极晶体管发展到异质结双极晶体方法中,发射结均为正偏置,集电结均为负偏置.管,在设计上发生了根本变革,人们从掺杂工程设计发射结在正偏置下,对于p-n-p型晶体管,空进入到能带工程设计,调整了发射区和基区的掺杂浓度,从而降低了发射结电容和基区电阻,提高了增＊2000
6、-06-20收到初稿,2000-11-24修回·372·物理于发射结为正偏置,正向电阻小,集电结反偏置有大的反向电阻,因此具有电压放大和功率放大作用.除共基极连接方式之外,共发射极被广泛采用,因为它具有电流和功率放大作用.以n-p-n型双极晶体管为例,共发射极电流放大系数(增益)β(≈ICIB)受发射效率η(η=InEIE)和基区输运因子αB的影响.发射效率表示由发射区注入到基区的电子电流InE与发射极总电流IE之比,对放大有贡献的是注入到基区的电子电流图1(a)p-n-p型晶体管;(b)n-p-n型晶体管的结构和符号InE.若忽略EB结界面复合电流,理想情况下η
7、接近1.基区输运因子αB表征了到达集电结的电子电流InC与注入到基区的电子电流InE之比,它反映了载流子在输运过程中在基区和BC结界面区的复合损失情况.这种复合损失越小,αB越接近1.显然在理想情况下η≈1,αB≈1,InE≈InC≈IC,而IB=IE-IC,表明IB很小,所以电流增益β(β=ICIB)可达到很大.HBT的材料结构为较为成熟的N-p-n型,与同质双极晶体管n-p-n型比较,用大写字母“N”替换小写“n”,其含义表示发射区为n型宽禁带材料.图3表示n-p-n同质结和N-p-n异质结双极晶体管的能带图.图4表示其掺杂分布图.图2(a)晶体管共其极;(b
8、)晶体管共
