异质结双极晶体管,异质结双极晶体管是什么意思

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异质结双极晶体管（Hetero-junction Bipolar Transistor,简称HBT)基区(base)异质结SiGe外延(图1)：其原理是在基区掺入Ge组分，通过减小能带宽度,从而使基区少子从发射区到基区跨越的势垒高度降低，从而提高发射效率γ, 因而，很大程度上提高了电流放大系数β。在满足一定的放大系数的前提下，基区可以重掺杂，并且可以做得较薄，这样就减少了载流子的基区渡越时间，从而提高器件的截止频率fT (Cut-Off Frequency)，这正是异质结在超高速，超高频器件中的优势所在。

异质结双极晶体管HBT(HeterojunctionBipolorTransistar)是指发射区、基区和收集区由禁带宽度不同的材料制成的晶体管.异质结双极晶体管与传统的双极晶体管不同，前者的发射极材料不同于衬底材料，后者的整个材料是一样的，因而称为异质结器件。异质结双极晶体管的发射极效率主要由禁带宽度差决定，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。

1998年10月IBM首次量产锗硅异质结双极晶体管（SiGe HBT）。由于SiGe HBT具有GaAs的性能，而与硅工艺的兼容性又使其具有硅的低价格，因此SiGe技术获得了长足的进展, SiGe HBT技术已成为RF集成电路市场的主流技术之一，并对现代通信技术的发展产生了深远的影响。HBT基的射频集成电路（RFIC）已在蜂窝移动电话末级功率放大器、基站驱动级、有线电视的光纤线路驱动器上获得成功，证明HBT的性能比通用的MESFET的性能更好。

异质结双极晶体管类型很多,主要有SiGe异质结双极晶体管, GaAlAs/GaAs异质结晶体管,和NPN型InGaAsP／InP异质结双极晶体管, NPN AlGaN/GaN异质结双极晶体管等.

异质结双极晶体管是纵向结构的三端器件，发射区采用轻掺杂的宽带隙半导体材料（如GaAs、InP），基区采用重掺杂的窄带隙材料（如AlGaAs、InGaAs）。ΔEg的存在允许基区比发射区有更高的掺杂浓度，因而可以降低基极电阻，减小发射极－基极电容，从而能得到高频、高速、低噪声的性能特点。由于ΔEg>0、并且有一定的范围，所以电流增益也很高,一般直流增益均可做到60以上。特别值得指出的是，用InGaAs作基区，除了能得到更高的电子迁移率外，还有较低的发射极－基极开启电压和较好的噪声特性。它的阈值电压严格的由ΔEg决定，与普通的FET的阈值电压由其沟道掺杂浓度和厚度决定相比容易控制、偏差小且易于大规模集成。这也是HBT重要的特点。HBT的能带间隙在一定范围内可以任意地进行设计。

异质结双极晶体管的结构特点是具有宽带隙的发射区，大大提高了发射结的载流子注入效率。HBT的功率密度高，相位噪声低，线性度好，单电源工作，虽然其高频工作性能稍逊于PHEMT，但它特别适合在低相位噪声振荡器、高效率功率放大器、宽带放大器中应用。

下表是RF IC的几种工艺的性能比较:

最近几年，除GaAs基的HBT已达到了相当好的速度，如fT=170GHZ以外，InP基的HBT发展也很快，其最好的器件fT及fmax已超过200GHZ，SiGeHBT则是近年来人们十分重视的器件;主要原因是硅的VLSI发展已很成熟，SiGeHBT可以借用VLSI的工艺较快用到微电子领域。近几年已有报导采用商用的超高真空CVD(UHVCD)设备在8″CMOS线上制作的SiGe外延材料制作的HBT，形成12位数模转换器，其工作速度达1GHZ，比硅器件要快很多，而功耗延迟乘积也优于已实用的三五族化合物材料的异质结器件。

典型的InGaAs/InP 单和双异质结二级型晶体管（SHBT和DHBT）如下图:

SHBT和DHBT由多种材料的化合物制成，起始于磷化铟衬底。

InGaAs/InP是一种很重要的HBT材料.InGaAs/InP相比于其他材料的优点：

InGaAs中的高电子迁移率（GaAs中的1.6倍，Si中的9倍）。瞬时电子过冲的程度也比GaAs中的大。所以可以得到较高的ft值。

InGaAs的能带隙比Si和GaAs的窄，可以制造有低开启电压（ VBE）和低功率耗散的磷化铟HBT。

对于给定的掺杂级，磷化铟有较高的击穿电场。

InGaAs表面的复合速度（10^3cms^-1）比GaAs表面的（10^6cms^-1）小得多。减小了发射极周围由表面复合速度引起基极电流。

比GaAs高的衬底导热率（0.7vs0.46Wcm/K）。

这种器件与光源和1.3μm 波长辐射的光电探测器直接兼容，相当于基于Si的光纤中的最低色散波长。所以它对OEIC集成很有用。