Войти
биполярный транзистор с гетеропереходом (HBT ) - это тип биполярного переходного транзистора (BJT), в котором используются разные полупроводниковые материалы. для эмиттерной и базовой областей, создавая гетеропереход. HBT превосходит BJT в том, что он может обрабатывать сигналы очень высоких частот, вплоть до нескольких сотен ГГц. Он обычно используется в современных сверхбыстрых цепях, в основном радиочастотных (РЧ) системах, а также в приложениях, требующих высокой энергоэффективности, таких как усилители мощности РЧ в сотовых телефонах. Идея использования гетероперехода так же стара, как и обычный BJT, восходящая к патенту 1951 года. Подробная теория биполярного транзистора с гетеропереходом была разработана Гербертом Кремером в 1957 году.
Полосы в биполярном npn-транзисторе с градиентным гетеропереходом. Барьеры, указывающие, что электроны перемещаются от эмиттера к базе, а дырки инжектируются назад от базы к эмиттеру; Кроме того, изменение ширины запрещенной зоны в основании способствует переносу электронов в базовую область; Светлые цвета обозначают обедненные области.Принципиальное различие между BJT и HBT заключается в использовании различных полупроводниковых материалов для перехода эмиттер-база и перехода база-коллектор, создавая гетеропереход. Эффект заключается в ограничении инжекции дырок из базы в область эмиттера, поскольку потенциальный барьер в валентной зоне выше, чем в зоне проводимости. В отличие от технологии BJT, это позволяет использовать высокую плотность легирования в основе, уменьшая сопротивление базы при сохранении усиления. Эффективность гетероперехода измеряется фактором Кремера. Кремер был удостоен Нобелевской премии в 2000 году за свою работу в этой области в Калифорнийском университете в Санта-Барбаре.
Материалы, используемые для подложки, включают кремний, арсенид галлия и фосфид индия, а кремний / кремний-германиевые сплавы, арсенид алюминия-галлия / арсенид галлия и фосфид индия / арсенид индия-галлия используются для эпитаксиальных слоев. Полупроводники с широкой запрещенной зоной, такие как нитрид галлия и нитрид индия-галлия, являются особенно многообещающими.
В транзисторах с градиентной гетероструктурой SiGe количество германия в базе варьируется, что делает ширину запрещенной зоны на коллекторе более узкой, чем на эмиттере. Это сужение запрещенной зоны приводит к полевой транспортировке в основании, что ускоряет транспортировку через базу и увеличивает частотную характеристику.
В связи с необходимостью изготовления устройств HBT с чрезвычайно высоколегированными тонкими базовыми слоями в основном используется молекулярно-лучевая эпитаксия. В дополнение к слоям базы, эмиттера и коллектора с обеих сторон коллектора и эмиттера наносятся высоколегированные слои для облегчения омического контакта, которые помещаются на контактные слои после экспонирования с помощью фотолитографии и травление. Контактный слой под коллектором, называемый субколлектором, является активной частью транзистора.
В зависимости от системы материалов используются другие методы. IBM и другие используют для SiGe; другие используемые методы включают MOVPE для систем III-V.
Обычно эпитаксиальные слои согласованы по решетке (что ограничивает выбор ширины запрещенной зоны и т. Д.). Если они почти совпадают по решетке, устройство является псевдоморфным, а если слои не совпадают (часто разделены тонким буферным слоем), оно метаморфно .
Биполярный транзистор с псевдоморфным гетеропереходом, разработанный в Университете штата Иллинойс в Урбана-Шампейн, построен из фосфида индия и арсенида индия-галлия и спроектирован с изменяемым по составу коллектором, основанием и эмиттер, было продемонстрировано отключение на скорости 710 ГГц.
Помимо того, что они являются рекордсменами по скорости, HBT, изготовленные из InP / InGaAs, идеально подходят для монолитных оптоэлектронных интегральных схем. Фотодетектор PIN-типа образован слоями база-коллектор-субколлектор. запрещенная зона InGaAs хорошо работает для обнаружения инфракрасных лазерных сигналов с длиной волны 1550 нм и, используемых в системах оптической связи. Смещая HBT для получения активного устройства, получается фототранзистор с высоким внутренним усилением. Среди других приложений HBT - схемы со смешанными сигналами, такие как аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи.
