微波双极晶体管汇编.docx

摘要随着微波半导体技术的迅速发展，其应用领域也不断扩大，相对的对器件的性能提出的要求也越来越高，在这种情况下，异质结双极晶体管（HBT）被提出来，这种晶体管最初称为“宽发射区”晶体管。其主要特点是发射区材料的禁带宽度大于基区材料的禁带宽度。由于HBT能在更高的频率下获得与硅双极晶体管相似的性能，因而它一出世就获得了人们的重视 。异质结双极晶体管（HBT）的结构特点是具有宽带间隙的发射区，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，但是它特别适合于低相位噪声振荡器、高功率放大器及宽带放大器。在微波频率，用GaAs HBT代替功率MOFET或者HEMT更有前途。关键词：异质结双极晶体管、HBT、GaAs、SiGe、半导体引言随着现代移动通信以及微波通信的发展，人们对半导体器件的高频以及低噪声等性能要求日益提高。传统的Si材料器件己经无法满足这些性能上新的要求，而GaAs器件虽然可以满足这些性能，不过它的高成本也让人望而却步。SiGe HBT器件的高频以及噪声性能大大优于Si双极晶体管，可与GaAs器件媲美，而且它还可以与传统的Si工艺兼容，大大降低了制造成本，所以SiGe HBT在未来的移动通信等领具有非常广阔的应用前景。个固态电子设备的体积、重量、性能、价格和可靠性很大程度上都取决于双极功率器件及放大器性能，因此提高该类器什的性能具有很大的应用价值和现实意义。实际上HBT的概念早在1951年由W.B.肖克莱提出了，但是真正得以实现是在Ga Al As/GaAs外延生长技术成熟之后，70年代中期，在解决了砷化镓的外延生长问题之后，这种晶体管才得到较快的发展。异质结双极晶体管（HBT）的基本结构和特点异质结双极晶体管异质结双极晶体管HBT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。异质结双极晶体管类型很多，主要有SiGe异质结双极晶体管，GaA1As/GaAs异质结晶体管和NPN型InGaAsP/InP异质结双极晶体管，NPN型A1GaN/GaN异质结双极晶体管等。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，大大地增加了晶体管设计的灵活性。2．异质结双极晶体管的结构图图1 HBT基本结构图3．异质结双极晶体管的特点 ①：基区可以高掺杂(可高达10201 cm3 ) ,则基区不易穿通，从而基区厚度可以很小(则不限制器件尺寸的缩小)；②：因为基区高掺杂，则基区电阻很小，最高振荡频率几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10171cm3)，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得以减短。4．结构分析异质结双极晶体管的基本结构是SiGe材料作为基区，基区上下两层分别是Si基的发射区和集电区。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In和反向注入的空穴流Ip所克服的势垒高度是不同的，二者之差为：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GaAIAs/GaAs异质结晶体管的结构不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更高的电了迁移率，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。SiGe异质结双极晶体管原理以SiGe HBT为例，它与Si BJT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SiGe HBT是宽禁带发射极这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Si BJT的能带图，可以看到在Si BJT中发射区电了注入到基区需要越过的势垒qVn与基区空穴注