WikiDer > Биполярный транзистор с гетеропереходом

Heterojunction bipolar transistor

В биполярный транзистор с гетеропереходом (HBT) является разновидностью биполярный переходной транзистор (BJT), который использует разные полупроводниковые материалы для эмиттерной и базовой областей, создавая гетеропереход. HBT улучшает BJT тем, что может обрабатывать сигналы очень высоких частот, до нескольких сотен. ГГц. Он обычно используется в современных сверхбыстрых цепях, в основном радиочастотных (RF) системах, а также в приложениях, требующих высокой энергоэффективности, таких как усилители мощности RF в сотовых телефонах. Идея использования гетероперехода так же стара, как и обычный BJT, восходящая к патенту 1951 года.[1] Детальная теория биполярного транзистора с гетеропереходом была разработана Герберт Кремер в 1957 г.[2]

Материалы

Полосы в биполярном транзисторе npn с градиентным гетеропереходом. Барьеры, указывающие, что электроны могут двигаться от эмиттера к базе, а дырки инжектироваться назад от базы к эмиттеру; Кроме того, изменение ширины запрещенной зоны в основании способствует переносу электронов в базовую область; Светлые цвета указывают истощенные регионы.

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 эмиттерную область, 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.[3] Кремер был награжден Нобелевская премия в 2000 году за его 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 галлия индия используются для эпитаксиальных слоев. Широкий-запрещенная зона полупроводники, такие как нитрид галлия и нитрид индия-галлия особенно многообещающие.

В SiGe В транзисторах с градиентной гетероструктурой 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.

Изготовление

В связи с необходимостью изготовления устройств HBT с очень высоколегированными тонкими базовыми слоями, молекулярно-лучевая эпитаксия в основном используется. В дополнение к слоям базы, эмиттера и коллектора с обеих сторон коллектора и эмиттера нанесены высоколегированные слои для облегчения омический контакт, которые после экспонирования размещаются на контактных слоях фотолитография и травление. Контактный слой под коллектором, называемый субколлектором, является активной частью транзистора.

В зависимости от системы материалов используются другие методы. IBM и другие используют UHV CVD для SiGe; другие используемые методы включают MOVPE за III-V системы.

Обычно эпитаксиальные слои согласованы по решетке (что ограничивает выбор ширины запрещенной зоны и т. Д.). Если они близки к решетке, устройство псевдоморфный, и если слои не совпадают (часто разделены тонким буферным слоем), это метаморфический.

Пределы

Биполярный транзистор с псевдоморфным гетеропереходом, разработанный в Иллинойсский университет в Урбана-Шампейн, построенный из фосфид индия и арсенид галлия индия и спроектированный с композиционно-градиентным коллектором, базой и эмиттером, был продемонстрирован отключение на скорости 710 ГГц.[4][5]

Помимо того, что они являются рекордсменами по скорости, HBT сделаны из InP/InGaAs идеально подходят для монолитных оптоэлектронных интегральных схем. Фотодетектор PIN-типа образован слоями база-коллектор-субколлектор. В запрещенная зона InGaAs хорошо работает для обнаружения 1550 нм-длина волны инфракрасные лазерные сигналы, используемые 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.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ У. Шокли: «Элемент схемы, использующий полупроводниковый материал», Патент США 2569347, 1951 г.
  2. ^ Герберт Кремер (1957). «Теория широкозонного эмиттера для транзисторов». Труды IRE. 45 (11): 1535–1537. Дои:10.1109 / JRPROC.1957.278348. S2CID 51651950.
  3. ^ Фототранзисторный эффект: «Фактор Кремера является функцией физических параметров материалов, составляющих гетеропереход, и может быть выражен следующим образом [приведена формула]»
  4. ^ Биполярные транзисторы с псевдоморфным гетеропереходом с базой 12,5 нм, достигающие fТ= 710 ГГц fТ= 710 ГГц и fМАКСИМУМ= 340 ГГц Hafez et al., Appl. Phys. Lett. 87, 252109, 2005 г. Дои:10.1063/1.2149510
  5. ^ Фосфид индия: выходящие за пределы частоты и интегрирования. Полупроводник сегодня. Том 1, выпуск 3. Сентябрь 2006 г.

внешняя ссылка