异质结双极晶体管HBTWord文档下载推荐.doc
- 文档编号:985612
- 上传时间:2023-04-29
- 格式:DOC
- 页数:4
- 大小:83.50KB
异质结双极晶体管HBTWord文档下载推荐.doc
《异质结双极晶体管HBTWord文档下载推荐.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《异质结双极晶体管HBTWord文档下载推荐.doc(4页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
2、因为基区高掺杂,则基区电阻很小,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。
异质结双极晶体管的结构分析
异质结双极晶体管的主要特点是发射区材料的禁带宽度EgB大于基区材料的禁带宽度EgE。
从发射区向基区注入的电子流Ip和反向注入的空穴流Ip所克服的位垒高度是不同的,二者之差为墹Eg=EgE-EgB,因而空穴的注入受到极大抑制。
发射极效率主要由禁带宽度差墹Eg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。
典型的NPN台面型GaAlAs/GaAs异质结晶体管的结构和杂质剖面能大幅度地减小发射结电容(低发射区浓度)和基区电阻(高基区浓度)。
最上方的N+-GaAs顶层用来减小接触电阻。
这种晶体管的主要电参数水平已达到:
电流增益hfe1000,击穿电压BV120伏,特征频率fT15吉赫。
它的另一些优点是开关速度快、工作温度范围宽(-269~+350)。
除了NPN型GaAs宽发射区管外,还有双异质结NPN型GaAs管、以金属做收集区的NPM型GaAs和PNP型GaAs管等。
另一类重要的异质结晶体管是NPN型InGaAsP/InP管。
InGaAsP具有比GaAs更高的电子迁移率,并且在光纤通信中有重要应用。
异质结晶体管适于作微波晶体管、高速开关管和光电晶体管。
已试制出相应的高速数字电路(I2L)和单片光电集成电路。
异质结双极晶体管原理
以SiGeHBT为例,它与SiBJT相比性能优越其根本在于前者发射结两边材料的禁带宽度不一样,即SiGeHBT是宽禁带发射极这一点可以通过下图的器件能带图加以说明,其中假设SiGe基区中的Ge组分和杂质的分布是均匀的,虚线为SiBJT的能带图,可以看到在SiBJT中发射区电子注入到基区需要越过的势垒qVn与基区空穴注入到发射区需要越过的势垒qVp相等,因此要提高发射结的注入效率唯一的方法只能是提高发射区和基区的掺杂浓度之比因此为了获得一定的电流增益,就要尽量降低基区掺杂而这又要导致非本征基区串联电阻增加晶体管的噪音系数增加,最高振荡频率fmax降低。
而要降低噪音系数必须相应增加基区的厚度这又要导致多数载流子电子在基区的渡越时间增加器件的频率特性下降。
图SiGeHBT(实线)与SiBJT(虚线)的能带示意图
在SiGeHBT中这一问题就得到了彻底的解决,本质在于SiGeHBT中基区SiGe合金的禁带宽度与发射区的Si不一样这样在发射结处两者必然要产生一个能带差而在SiGeHBT中因为应变的SiGe合金层是生长在Si衬底上的因此两者之间的能带差主要表现为价带的不连续这样发射区电子要注入到基区需要越过的势垒qVn就要大大小于基区空穴注入到发射区需要越过的势垒qVp这同时也导致发射结的注入效率大大提高因此此时要获得与同质结相同的电流增益SiGe基区的掺杂浓度可以高于SiBJT,甚至发射极的掺杂浓度,这样就可以减小基区的串联电阻提高器件的最高振荡频率同时基区厚度可以大大减小,电子的基区渡越时间也可以减小,提高器件的截止频率fT。
一般情形下SiBJT的直流电流增益可表示为
而SiGeHBT的直流电流增益可以表示为
可见随着基区Ge组分的增加Si发射区与SiGe基区的能带差Eg增大,因此SiGeHBT的电流增益也随之增加,对于同样结构的器件SiGeHBT与SiBJT的电流密度之比可表示为
可见aBJT/aBJT远大于1并SiGeHBT的电流增益随着Si发射区与SiGe基区的能带之差的增大而按其相应指数增加.
截止频率fT是指晶体管在共发射极状态下应用电流增益为1时的工作频率是晶体管具有电流放大能力的最高工作频率在数值上它是指载流子从发射区运动到集电区总延迟时间tec的倒数.最高振荡频率fmax与截止频率fT成正比与基区扩展电阻rbb集电结电容Cjc成反比由于均匀基区SiGeHBT的基区电阻小于SiBJT的基区电阻截止频率fT高于SiBJT的截止频率,所以SiGeHBT的最高振荡频率高于SiBJT的最高振荡频率。
综上所述,当将Ge引入SiBJT的基区时,由于SiGe基区的带隙变窄,可以提高电流增益,截止频率fT和最高振荡频率fmax即晶体管的直流特性和交流特性都得到极大的提高
异质结双极晶体管制备
以AIGAa/sGAaS单异质结HBT为例,图1一17给出了台面结构的HBT管芯剖面示意图。
采用自对准技术制作的AIG叭/sGAasHBT剖面图
发射区和集电区的接触区均为高掺杂的+n型GAas,其欧姆接触金属采用Au一Ge一Ni,基区为p十一GAas,选用Au一zn作欧姆接触。
如果不考虑小尺寸的要求,制作工艺上的难点集中在以下几个方面:
1.对发射区台面的腐蚀要求有准确的精度控制。
因为基区的厚度是有限的,过腐蚀会造成欧姆接触金属做到收集区上。
若剩余基区厚度太薄,在金属化的过程中有可能与集电区连通,造成B,C短路。
因此,腐蚀终点的控制是非常重要的;
2.为了减少发射区、基区暴露外表面产生的复合电流,应对其作钝化保护;
3.缩短发射区到基区电极之间的距离也是必要的(减少复合和减少基区串联电阻),在工艺上往往采用基区自对准工艺。
钝化层可采用SNIO,用PECVD淀积。
基区自对准,要求发射区台面形成倒台结构,基区的厚度也要控制,否则将造成EB结短路。
异质结双极晶体管发展新现象
AlGaN/GaNHEMTs是以AlGaN/GaN为异质结材料制造的GaN基高电子迁移率晶体管器
件。
与传统的MESFET器件相比,AlGaN/GaNHEMTs具有高跨导、高饱和电流、高线性度、
高功率密度以及高截止频率的优良特性。
研究表明,GaNHEMT在1000K的高温下仍然保持
着良好的直流特性。
从而减少甚至可以取消冷却系统,使系统的体积和重量大大降低,效率
大大提高。
由于GaN材料的热导率较高、热容量大,特别是它有着较高的击穿电场。
这极大
地提高了GaN器件的耐压容量、电流密度,使GaN功率器件可以工作在大功率的条件下。
所以在手机基站、汽车、航空和相控阵雷达等军民用领域都有着广泛的应用。
因此使得它成为
未来高级通信网络中的放大器、调制器和其他关键器件的主要替代者。
比如,目前手机基站
中的放大器已经接近其性能的极限,它是采用效率只有10%的硅芯片技术,这就意味着到达晶体管的能量中有90%以热量的形式浪费了,氮化镓晶体管可将基站放大器的效率提高到现在的两倍或三倍,因此可以用较少数量的基站覆盖同样的地区,或者,更可能的情况是,在基站数量不变的情况下提供更高的数据传输速率。
由于不再需要强力风扇和校正电路,整个基站有可能缩小到只有小型电冰箱的大小,可以安装在电线杆上,而不必占据电话公司中心局中昂贵的空间。
GaNHEMTs功率放大器在3G无线通讯系统将有巨大的应用前景,如:
WCDMA/UMTS。
由于在调制信号可变包络大的动态范围,适合于这些系统中对功率器件线
性度严格要求。
进一步的研究表明:
常规AlGaN/GaNHEMT比MOSFET具有更好的线形度。
氮化镓晶体管的速度、高功率和耐热性能的组合还使它适合无数的其它应用。
随着GaN材料制造工艺的不断改进和制造成本的下降,AlGaN/GaNHEMT器件必将在高温、大功率、高频、光电子、抗辐照等领域取得广泛的应用。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 异质结 双极晶体管 HBT