Heterojunction bipolar transistor - Heterojunction bipolar transistor

Den heterojunction bipolare transistoren ( HBT ) er en type bipolar junction transistor (BJT) som bruker forskjellige halvledermaterialer for emitter- og basisregionene, og skaper en heterojunksjon . HBT forbedrer BJT ved at den kan håndtere signaler med svært høye frekvenser, opptil flere hundre GHz . Den brukes ofte i moderne, hurtige kretser, for det meste radiofrekvente (RF) systemer, og i applikasjoner som krever høy effektivitet, for eksempel RF-effektforsterkere i mobiltelefoner. Ideen om å bruke et heterojunksjon er like gammel som den konvensjonelle BJT, og dateres tilbake til et patent fra 1951. Detaljert teori om heterojunction bipolar transistor ble utviklet av Herbert Kroemer i 1957.

Materialer

Band i gradert heterojunksjon npn bipolar transistor. Barrierer angitt for elektroner å bevege seg fra emitter til base, og for hull som skal injiseres bakover fra base til emitter; Gradering av båndgap i base hjelper også elektrontransport i basisregionen; Lyse farger indikerer utarmede regioner .

Den viktigste forskjellen mellom BJT og HBT er i bruken av forskjellige halvledermaterialer for emitter-basekrysset og basekollektorkrysset, og skaper et heterojunksjon. Effekten er å begrense injeksjonen av hull fra basen til emitterområdet, siden den potensielle barrieren i valensbåndet er høyere enn i ledningsbåndet. I motsetning til BJT-teknologi tillater dette en høy dopingtetthet som kan brukes i basen, noe som reduserer basemotstanden mens man opprettholder gevinst. Effektiviteten til heterojunksjonen måles av Kroemer-faktoren. Kroemer ble tildelt en Nobelpris i 2000 for sitt arbeid på dette feltet ved University of California, Santa Barbara.

Materialer som brukes til underlaget inkluderer silisium, galliumarsenid og indiumfosfid , mens silisium / silisium-germaniumlegeringer , aluminium galliumarsenid / galliumarsenid og indiumfosfid / indium galliumarsenid brukes til de epitaksiale lagene. Halvledere med bred båndgap som galliumnitrid og indium galliumnitrid er spesielt lovende.

I SiGe- graderte heterostrukturstransistorer blir mengden germanium i basen gradert, noe som gjør båndgapet smalere ved samleren enn ved emitteren. At avsmalning av båndgapet fører til en feltassistert transport i basen, som gir raskere transport gjennom basen og øker frekvensresponsen.

Fabrikasjon

På grunn av behovet for å produsere HBT-enheter med ekstremt høyt dopede tynne baselag, brukes hovedsakelig molekylær stråleepitaksi . I tillegg til base-, emitter- og kollektorlag avsettes sterkt dopede lag på hver side av kollektor og emitter for å lette en ohmsk kontakt , som plasseres på kontaktlagene etter eksponering ved fotolitografi og etsning. Kontaktsjiktet under samleren, kalt subcollector, er en aktiv del av transistoren.

Andre teknikker brukes avhengig av materialsystemet. IBM og andre bruker ultrahøyvakuum kjemisk dampavsetning (UHVCVD) for SiGe; andre teknikker som brukes inkluderer MOVPE for III-V- systemer.

Normalt er de epitaksiale lagene gittermatchet (som begrenser valget av båndgap osv.). Hvis de er nesten gitter-matchet, er enheten pseudomorf , og hvis lagene ikke er like (ofte atskilt med et tynt bufferlag), er det metamorf .

Grenser

En pseudomorf heterojunksjon bipolar transistor utviklet ved University of Illinois i Urbana-Champaign , bygget av indiumfosfid og indium galliumarsenid og designet med sammensetningsgradert samler, base og emitter, ble demonstrert å kutte av med en hastighet på 710 GHz.

Foruten å være rekordbrytere når det gjelder hastighet, er HBT-er laget av InP / InGaAer ideelle for monolitiske optoelektroniske integrerte kretser. En fotodetektor av PIN-type er dannet av basesamler-undersamlerlagene. Den båndgap av InGaAs fungerer godt for påvisning 1550 nm- bølgelengde infrarøde lasersignaler som anvendes i optiske kommunikasjonssystemer. Forspenning av HBT for å oppnå en aktiv enhet, oppnås en fototransistor med høy intern forsterkning. Blant andre HBT-applikasjoner er blandede signalkretser som analog-til-digital og digital-til-analog-omformere.

Se også

Referanser

  1. ^ W. Shockley: 'Circuit Element Utilizing Semiconductive Material', US patent 2 569 347, 1951.
  2. ^ Herbert Kroemer (1957). "Theory of a Wide-Gap Emitter for Transistors". Prosedyrene fra IRE . 45 (11): 1535–1537. doi : 10.1109 / JRPROC.1957.278348 . S2CID  51651950 .
  3. ^ Fototransistoreffekten : "Kroemer-faktoren er en funksjon av de fysiske parametrene til materialene som utgjør heterojunksjonen, og kan uttrykkes på følgende måte [formel gitt]"
  4. ^ 12,5 nm base pseudomorf heterojunksjon bipolare transistorer som oppnår f T = 710GHz f T = 710GHz og f MAX = 340GHz Hafez et al, Appl. Phys. Lett. 87, 252109, 2005 doi : 10.1063 / 1.2149510
  5. ^ Indiumfosfid: Transcending frekvens og integrasjonsgrenser. Semiconductor Today. Bind 1 utgave 3. september 2006

Eksterne linker