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异质结双极型晶体管_百度百科

极型晶体管_百度百科 网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心收藏查看我的收藏0有用+10异质结双极型晶体管播报讨论上传视频发射区基区和收集区制成的晶体管发射区、基区和收集区由禁带宽度不同的材料制成的晶体管。W.B.肖克莱于1951年提出这种晶体管的概念。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。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EgE大于基区材料的禁带宽度EgB。中文名异质结双极型晶体管外文名Heterojunction bipolar transistor简    称HBT主要优点基区可以高掺杂 可高达1020/cm3目录1简介2制作方法3基本特征4主要优点5变异质结简介播报编辑异质结双极型晶体管（Heterojunction bipolar transistor,HBT）是在双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor,BJT）的基础上，只是把发射区改用宽带隙的半导体材料，即同质的发射结采用了异质结来代替。由于异质结能带的不连续性（带隙的能量差ΔEg = 价带顶能量突变ΔEv +导带底能量突变ΔEc），对n-p-n BJT，较大的ΔEv对于基区往发射区注入的空穴有阻挡作用，则宽带隙发射区异质结的注射效率接近1（即只有电子从发射区注入到基区），并且注射效率与发射区和基区的掺杂浓度无关。HBT的最大优点就在于发射结的注射效率 (放大系数) 基本上与发射结两边的掺杂浓度无关, 从而可把基区的掺杂浓度做得很高(甚至比发射区的还高), 这就可以在保证放大系数很大的前提下来提高频率, 从而能进入毫米波段。现在HBT是能够工作在超高频和超高速的一种重要的有源器件。HBT的最大电流增益可表示为 (不考虑基区复合)βmax = IEn / IEp ∝ exp[ΔEg / kT] ，则HBT与一般BJT的最大电流增益之比完全由带隙的能量差来决定：βmax (HBT) / βmax (BJT) = exp[ΔEg / kT] 。通常取ΔEg＞250 meV, 则HBT的增益可比BJT的提高10的4次方倍。对于一般的BJT，为了进一步提高频率和速度,就要求减小基极电阻、减小发射结电容和减小寄生电容。而一般的BJT，为了提高注射效率, 需要尽可能降低基区掺杂浓度NB和提高发射区掺杂浓度NE，使比值 (NB/NE) 降低；但是由于发射区重掺杂会引起禁带宽度变窄和Auger复合显著, 反而使注射效率降低，同时也会使发射结电容增大；而且基区掺杂浓度也不能太低，否则会使基极电阻增大。所以采用降低比值(NB/NE)的方法来提高发射结注射效率的作用是很有限的，而且提高放大能力与提高频率和速度是互相矛盾的。也因此一般的BJT在实现超高频、超高速上遇到了不可克服的困难。而异质结BJT（HBT）是一种新型结构的重要器件，它克服了频率、速度与放大系数之间的矛盾，从而可实现超高频和超高速。制作方法播报编辑在高浓度n型第一子集电极层(102)上，依次形成：由能带隙小的材料构成的高浓度n型第二子集电极层(108)；由i型或者低浓度n型集电极层(103)；高浓度p型基极层(104)；由能带隙大的材料构成的n型发射极层(105)；高浓度n型发射极盖体层(106)；由能带隙小的材料构成的高浓度n型发射极接触层(107)。发射极电极(111)、基极电极(112)、以及集电极电极(113)的各自的下侧形成合金化反应层(114)～(116)。由此，基于本发明的异质结双极型晶体管，不仅可以降低制造成本，还能够实现各电极的良好的欧姆特性。 [1]基本特征播报编辑一种异质结双极型晶体管，其特征在于，具备以下各部分：高浓度n型第一子集电极层；形成于所述第一子集电极层上，且由与所述第一子集电极层相比能带隙更小的材料构成的高浓度n型第二子集电极层；形成于所述第二子集电极层的规定部分上的i型或者低浓度n型集电极层；形成于所述集电极层上的高浓度p型的基极层；形成于所述基极层上，且由与所述基极层相比能带隙更大的材料构成的n型发射极层；形成于所述发射极层上的规定部分上的高浓度n型发射极盖体层；形成于所述发射极盖体层上，且由与所述发射极盖体层相比能带隙更小的材料构成的高浓度n型发射极接触层；形成于所述发射极接触层上，且由一个或者多个导电层构成的发射极电极；形成于所述发射极层的未形成所述发射极盖体层的部分上，且由一个或者多个导电层构成的基极电极；形成于所述第二子集电极层上的未形成所述集电极层的部分上，且由一个或者多个导电层构成的集电极电极，其中，在所述发射极接触层的所述发射极电极的下侧部分，形成第一合金化反应层；在所述发射极层的所述基极电极的下侧部分，形成第二合金化反应层；在所述第二子集电极层的所述集电极电极的下侧部分，形成第三合金化反应层。 [1]主要优点播报编辑HBT具有以下优点：①基区可以高掺杂 (可高达1020/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1017/cm3)，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τB得以减短。总之，HBT的高频、高速性能以及大功率等性能都较优良。它与HEMT一起都是重要的毫米波有源器件以及毫米波IC的基础器件。变异质结播报编辑异质发射结最好是采用缓变异质结。可以用作为HBT发射结的几种异质结（举例）：①AlGaAs/GaAs异质结的晶格匹配很好，容易实现微波与光电器件及其IC；②InP/InGaAs 或 InAlAs/InGaAs异质结的晶格能匹配，其中InGaAs的电子迁移率很高 (GaAs的1.6倍，是Si的9倍)；③Si/SiGe异质结的晶格不匹配, 但可采用应变层 (厚度＜0.2μm) 来进行弹性调节之，而且在很大程度上这种异质结器件的工艺与硅工艺兼容，由于Si和SiGe的ΔEg≈ΔEv , 则Si/SiGe异质结对n-p-n型的HBT有利。 [2]新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号 京公网安备110000020000

一文了解双极性晶体管（三极管） - 知乎

一文了解双极性晶体管（三极管） - 知乎首发于半导体全解切换模式写文章登录/注册一文了解双极性晶体管（三极管）圆圆的圆一、双极型晶体管的起源双极型晶体管是由贝尔实验室(Bell Laboratory)的一个研究团队在1947年发明的，第一个晶体管是将两条具有尖锐端点的金属线与锗衬底(germanium substrate)形成点接触(point contact)，以今天的水准来看，此第一个晶体管虽非常简陋但它却改变了整个电子工业及人类的生活方式。现代双极型晶体管，锗衬底已由硅(silicon)取代，点接触亦由两个相邻的耦合p‒n结(coupled p‒n junction)所取代，其结构可为p‒n‒p或n‒p‒n的形式。晶体管(transistor，是转换电阻transfer resistor的缩写)是一个多重结的半导体器件。通常晶体管会与其他电路器件整合在一起，以获得电压、电流或是信号功率增益。双极型晶体管(bipolar transistor)，或称双极型结晶体管(bipolar junction transistor，BJT)是最重要的半导体器件之一，在高速电路、模拟电路、功率放大等方面具有广泛的应用。二、什么是P-N结？由p型半导体和n型半导体接触形成的结。举个例子，P型半导体是一块正方形的泥巴，这个泥巴里有很多孔洞（空穴），类似于我们看到的龙虾洞。N型半导体也是一块正方形的泥巴，这个泥巴中藏了很多龙虾（自由电子）。当我们把这两块泥巴贴在一起的时候，龙虾就会往龙虾洞的方向爬。最前排的龙虾最先找到第一排的龙虾洞，第一排的龙虾钻进了龙虾洞后，后面的龙虾再找龙虾洞就需要爬的更远，更困难。前面几排龙虾洞已消耗殆尽，半导体行业将这个区域称为耗尽区(Depletion region)。P-N结有一个特性，叫做整流性，即只容许电流流经单一方向。就好像一个门，人可以轻易的从一个方向推开门，如果你反着推门就很费劲。当然，你也可以用很大的力暴力推门，门被推碎了，这是过程我们称为结击穿。如果从电流-电压特性来看P-N结，曲线如下图所示：虽然正着推门，人们很容易进入房间，在P-N结中，人们也会利用反着推门的特点，叫反向偏压。在一个P-N结上加正向偏压和一个反向的偏压，会出现什么现象呢？给P-N结增加一个正向偏压，类似在泥巴里给小龙虾戴了眼罩，小龙虾成了近视眼，只能看到前排的龙虾洞，整体龙虾出行减少，龙虾爬向龙虾洞的数量也减少，耗尽区宽度减小。给P-N结增加一个反向偏压，类似在泥巴里给龙虾戴上了望远镜，龙虾看得更远，爬起来更兴奋，更多龙虾找到了龙虾洞，龙虾整体出行的数量增加，半导体耗尽区宽度增加。下图中(a)是P-N结正常耗尽区宽度，(b)是加载正向偏压后，(c)是加载反向偏压后；三、双极型晶体管(bipolar transistor)的结构：下图为p‒n‒p双极型晶体管的透视图，其制造过程是以p型半导体为衬底，利用热扩散的原理在p型衬底上形成n型区，再在此n型区上以热扩散形成一高浓度的p＋型区，接着以金属覆盖p＋、n以及下方的p型区形成欧姆接触。p‒n‒p双极型晶体管，具有三段不同掺杂浓度的区域，形成两个p‒n结。浓度最高的p＋区称为发射区(emitter，以E表示)；中间较窄的n型区域，其杂质浓度中等，称为基区(base，用B表示)，基区的宽度需远小于少数载流子的扩散长度；浓度最小的p型区域称为集电区(collector，用C表示)。各区域内的浓度假设均匀分布，p‒n结的概念可直接应用在晶体管内的结上。下图为p‒n‒p双极型晶体管的电路符号，图中亦显示各电流成分和电压极性，箭头和“+”、“‒”符号分别表示晶体管在一般工作模式(即放大模式，active mode)下各电流的方向和电压的极性，该模式下，射基结为正向偏压(VEB＞0)，而集基结为反向偏压(VCB＜0)。根据克西荷夫电路定律(Kirchhoff’s circuit law)，对此三端点器件，只有两独立电流；若任两电流为已知，第三端点电流即可求得。n‒p‒n双极型晶体管的结构与p‒n‒p双极型晶体管是互补的，下图分别是理想p‒n‒p晶体管的结构与电路符号。将p‒n‒p双极型晶体管结构中的p换成n、n换成p，即为n‒p‒n双极型晶体管的结构，因此电流方向与电压极性也都相反。了解了p‒n‒p晶体管，只要将极性和掺杂类型调换，即可描述n‒p‒n晶体管。四、双极型晶体管放大模式下图(a)是热平衡状态下的理想p‒n‒p双极型晶体管，即其三端点接在一起，或者三端点都接地，阴影区域分别表示两个p‒n结的耗尽区。图(b)显示三段掺杂区域的杂质浓度，发射区的掺杂浓度远比集电区大，基区的浓度比发射区低，但高于集电区浓度。图(c)为耗尽区的电场强度分布情况。图(d)是晶体管的能带图，它只是将热平衡状态下p‒n结能带直接延伸，应用到两个相邻的耦合p＋‒n结与n‒p结。下图是前图所示的晶体管工作在放大模式下相对应的各子图。图(a)将晶体管连接成共基组态(common‒base configuration)放大器，即基极被输入与输出电路所共用。图(b)与图(c)表示出偏压状态下电荷密度与电场强度分布的情形，与前图的热平衡状态下比较，射基结的耗尽区宽度变窄，而集基结耗尽区变宽。图(d)是晶体管工作在放大模式下的能带图，射基结为正向偏压，因此空穴由p＋发射区注入基区，而电子由基区注入发射区。在理想二极管中，耗尽区不会有产生‒复合电流，所以由发射区到基区的空穴与由基区到发射区的电子组成了发射极电流。而集基结是处在反偏状态，因此有一反向饱和电流流过。若基区宽度足够小，由发射区注入基区的空穴便能扩散通过基区而到达集基结耗尽区边缘，并在集基偏压的作用下通过集电区。此种输运机制便是注射载流子的“发射极”以及收集邻近结注射过来的载流子的“集电极”名称的由来。如果大部分入射的空穴都没有与基区中的电子复合而到达集电极，则集电极的空穴电流将非常接近发射极空穴电流。可见，由邻近的射基结注射过来的空穴可在反偏的集基结造成大电流，这就是晶体管的放大作用(transistor action)，而且只有当此两结彼此足够接近时才会发生，因此此两结被称为交互p‒n结(interacting p‒n junction)。相反地，如果此两p‒n结距离太远，所有入射的空穴将在基区中与电子复合而无法到达集基区，并不会产生晶体管的放大作用，此时p‒n‒p的结构就只是单纯两个背对背连接的p‒n二极管。电流增益：下图中显示出理想的p‒n‒p晶体管在放大模式下的各电流成分。设耗尽区中无产生‒复合电流，则由发射区注入的空穴将构成最大的电流成分IEp 。大部分的入射空穴将会到达集电极而形成ICp。基极的电流有三个，即IBB、IEn以及ICn。其中IBB代表由基极所供应、与入射空穴复合的电子电流(即IBB=IEp‒ICp)；IEn代表由基区注入发射区的电子电流，是不希望有的电流成分，可利用发射区重掺杂或异质结来减少；ICn代表集电结附近因热所产生、由集电区流往基区的电子电流。 工作模式：根据射基结与集基结上偏压的不同，双极型晶体管有四种工作模式。下图显示了p‒n‒p晶体管的四种工作模式与VEB、VCB的关系，每一种工作模式的少数载流子分布也显示在图中。如在放大模式下，射基结是正向偏压，集基结是反向偏压。在饱和模式(saturation mode)下，晶体管中的两个结都是正偏，导致两个结的耗尽区中少数载流子分布并非为零。在饱和模式下，极小的电压就产生极大的输出电流，晶体管处于导通状态，类似于开关短路(亦即导通)的状态。在截止模式(cutoff mode)下，晶体管的两个结皆为反偏，边界条件变为pn(0)=pn(W)=0，截止模式下的晶体管可视为开关断路(或关闭)。在反转模式(inverted mode)下，射基结是反向偏压，集基结是正向偏压；在反转模式下晶体管的集电极用作发射极，而发射极用作集电极，相当于晶体管被倒过来用，但是在反转模式下的电流增益通常较放大模式小，这是因为集电区掺杂浓度较基区浓度小，造成低的“发射效率”所致。开关暂态过程：在数字电路中晶体管的主要作用是当作开关。可利用小的基极电流在极短时间内改变集电极电流由关(off)成为开(on)(反之亦然)。关是高电压低电流，开是低电压高电流。五、异质结双极型晶体管异质结双极型晶体管(HBT)是指晶体管中的一个或两个结由不同的半导体材料所构成。HBT的主要优点是发射效率较高，其应用基本上与双极型晶体管相同，但HBT具有较高的速度，可以工作在更高的频率。因为其具有这些特性，HBT在光电、微波和数字应用上非常受欢迎。如在微波应用方面，HBT常被用来制造固态微波及毫米波功率放大器、震荡器和混频器。基本HBT结构：大部分HBT的技术都是在AlxGa1‒xAs/GaAs材料系统中发展的，下图是一个基本n‒p‒n型HBT结构。n型发射区是以宽禁带的AlxGa1‒xAs组成，而p型基区是以禁带宽度较窄的GaAs组成，n型集电区和n型次集电区分别以低掺杂浓度和高掺杂浓度的GaAs组成。为了形成欧姆接触，在发射区接触和砷化铝镓层之间加了一层高掺杂浓度的n型砷化镓。因为发射区和基区材料间具有很大的禁带宽度差，共射电流增益可以提到很高。而同质结的双极型晶体管并无禁带宽度差存在，必须将发射区和基区的掺杂浓度比提到很高，这是同质结与异质结双极型晶体管最基本的不同处。先进的HBT：最近几年InP系(InP/InGaAs或AlInAs/InGaAs)的材料被系统地研究，InP系异质结构有很多优点。InP/InGaAs结构具有非常低的表面复合，而且InGaAs的电子迁移率较GaAs高出很多，因此具有相当优异的高频表现。下图是一典型磷化铟系HBT的特性曲线，其截止频率可高达254GHz。此外，InP在强电场时比GaAs具有更高的漂移速率，击穿电压亦比GaAs高。另一种异质结是Si/SiGe材料体系，它有几项特性在HBT应用中非常具有吸引力。如同AlGaAs/GaAs HBT，Si/SiGe HBT也因禁带宽度差可重掺杂而具高速特性。硅界面陷阱密度低，可以减少表面复合电流，确保在低集电极电流时，仍维持高电流增益。另外，与标准硅工艺技术相容也是一个深具吸引力的特性。下图(a)是一个典型Si/SiGe HBT结构，图(b)是Si/SiGe HBT与硅同质结双极型晶体管的集电极电流比较，结果显示Si/SiGe HBT具有较高的电流增益。与砷化镓系和磷化铟系的HBT相较，Si/SiGe HBT具有较低的截止频率，此乃因为硅的载流子迁移率较低。六、可控硅器件及相关功率器件可控硅器件是一种非常重要的功率器件，可用来作高电压和高电流的控制，使器件从关闭或是阻断的状态转换为开启或是导通的状态，反之亦然。其工作与双极型晶体管有密切的关系，传导过程皆牵涉到电子和空穴，但其开关机制和结构与双极型晶体管不同，有较宽广范围的电流、电压控制能力，其额定电流可由几毫安到超过5000A，额定电压>10000V。基本特性：下图是可控硅器件的截面示意图，是一个四层p‒n‒p‒n器件，由三个串接的p‒n结J1、J2、J3组成。与接触电极相连的最外一p层称为阳极(anode)，另一边的n层称为阴极(cathode)。这个没有额外电极的结构是个两端点的器件，被称为p‒n‒p‒n二极管。若另一称为栅极(Gate)的电极被连到内层的p2层，所构成的三端点器件称为半导体控制整流器(semiconductor‒controlled rectifier, SCR)或可控硅器件(thyristor)。下图(b)是一典型的可控硅器件掺杂浓度分布图，首先选一高阻值的n型硅片当作起始材料(n层)，再以一扩散步骤同时形成p1和p2层，最后用合金或扩散，在硅片的一边形成n2层。图(c)是可控硅器件在热平衡状态下的能带图；其中每个结都有耗尽层，其内建电势由掺杂浓度决定。下图是一可控硅器件的简单应用，可以调整由电源线传至负载的功率，负载及RL可能是灯泡或是暖炉类的加热器，在每个周期中传至负载的功率是由可控硅器件的栅极电流脉冲所控制的。若电流脉冲在接近每个周期开始时就加入栅极，就会有较多的功率传送到负载。相反地，如果将电流脉冲延迟，可控硅器件在周期尾声才导通，传送到负载的功率将会显著下降。有关双极性晶体管的相关知识就介绍这么多，如果大家对半导体知识感兴趣，可以关注其他文章！发布于 2023-06-27 22:59・IP 属地湖北三极管晶体管半导体​赞同 40​​4 条评论​分享​喜欢​收藏​申请转载​文章被以下专栏收录半导体全解知晓半导体及红外技术相关知识...天线原理超详细超实用的天

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结双极晶体管 （HBT）-腾讯云开发者社区-腾讯云海大指南针了解异质结双极晶体管 （HBT）关注作者腾讯云开发者社区文档建议反馈控制台首页学习活动专区工具TVP最新优惠活动文章/答案/技术大牛搜索搜索关闭发布登录/注册首页学习活动专区工具TVP最新优惠活动返回腾讯云官网海大指南针首页学习活动专区工具TVP最新优惠活动返回腾讯云官网社区首页 >专栏 >了解异质结双极晶体管 （HBT）了解异质结双极晶体管 （HBT）海大指南针关注发布于 2022-05-16 18:16:307.2K3发布于 2022-05-16 18:16:30举报文章被收录于专栏：iRF射频前端产业观察iRF射频前端产业观察介绍在晶体管发明之前，电话交换机是使用笨重的真空管和机械继电器建造的。贝尔实验室的工程师负责开发晶体管（“传输电阻”的端口），作为现有技术的更小，更不麻烦的替代品。1947年的发明预示着半导体工业的开始，它永远地改变了世界。John Bardeen，Walter Brattain和William Shockley将因其对半导体的研究和晶体管效应的发现而于1957年获得诺贝尔物理学奖。晶体管将对从无线通信到计算的技术的快速发展产生深远的影响，并最终塑造信息时代的格局。[1,2]要开发和生产的设备的最早版本是使用锗的同结晶体管。这很快被硅取代，因为锗在75°C以上停止工作[2]，这使得它对于大多数应用都是不切实际的。性能的逐步提高，特别是在工作频率方面，促使德裔美国物理学家赫伯特·克罗默（Herbert Kroemer）发展了异质结双极晶体管（HBT）理论，该理论使用两种或更多种不同的半导体材料，具有不同的带隙[3]来实现高频操作。他的工作为他赢得了2000年的诺贝尔奖[4]。虽然该理论早在1957年就被提出[4]，但HBT的生产必须等到1977年才能出现能够制造它的设备;首先使用MBE（分子束外延），然后使用MOCVD（金属 - 有机化学气相沉积）[5]。随着行业趋势越来越多地采用半导体技术，Mini-Circuits推出了宽带MAR和MAV系列MMIC放大器，这些放大器采用硅同结技术，工作频率高达2 GHz。但随着 HBT 技术的出现，使用 HBT 技术的 ERA 系列放大器被开发出来，最初将工作频率提高到 8 GHz，后来又提高到 20 GHz。这些放大器不仅提高了工作频率，提供了出色的OIP3（输出三阶截点），而且还具有更高的易用性。大多数HBT放大器在芯片上具有宽带匹配，因此需要最少的外部元件。此外，与pHEMT器件相比，HBT提供出色的1/f噪声，因此在某些应用中（如放大器和振荡器）中是首选。本文解释了同质晶体管和异质结晶体管背后的物理原理，并讨论了HBT放大器设计的优势。本文介绍了Mini-Circuits的HBT放大器的可靠性研究结果，并参考了使用HBT技术设计的Mini-Circuits完整的MMIC产品组合。强烈建议读者查看本系列中关于微电路博客上发布的RF半导体[6]和pHEMT技术基础知识的前两篇文章[7]，以最全面地了解本文。晶体管配置在我们进入HBT相对于同结晶体管的优势之前，它将有助于回顾晶体管，符号和工作模式的基础知识。图 1：NPN 和 PNP 晶体管。晶体管有三个区域;发射极、基极和集电极，可以采用两种不同的方式构建，如NPN或PNP。NPN晶体管具有一个N掺杂发射极，一个P掺杂基极，后跟一个N掺杂集电极，如图1a所示，如图1b所示。因此，PNP晶体管具有P掺杂发射极和N掺杂基极，后跟P掺杂集电极也就不足为奇了，如图1c所示，图1d所示。原理图1b）和1d）中箭头的方向表示发射极-基极结向前偏置时的电流。发射极-基极和基极-集电极结可以正向或反向偏置，从而产生四种可能的组合，并使用[8]，如表1所示。本文专门介绍放大器中使用的NPN正向有源模式。在NPN晶体管中，电流由具有比空穴更高的迁移率的电子驱动，这导致更高的工作频率。表 1：发射极-基极和基极-集电极结的不同偏置组合以及相应的模式。图2显示了NPN晶体管的三种可能配置：共发射极、共基极和共集电极。PNP晶体管也具有类似的配置。图 2：NPN 晶体管的偏置配置。在晶体管中，发射极“发射”电子或空穴，由集电极“收集”。那么基础是什么呢？这是许多新手和有经验的工程师都会问的问题。威廉·肖克利（William Shockley）是晶体管的发明者之一[9]，也是诺贝尔奖获得者，他将这种基体描述为“原始的点接触晶体管结构，由n型锗板和两个支撑在塑料楔块上的金线触点组成。他继续说道，“由这种结构产生的'碱基'这个名字，并不像'发射器'和收集器那样具有功能意义。参见图3a的原始点接触晶体管的视觉效果和3b）的原理图[9，10]。图3：原装点触点晶体管。在晶体管中，在正向有源模式下，小基极电流控制较大的集电极电流，从而导致放大。因此，我们有一个放大器。在NPN晶体管中，来自发射器的电子通过扩散进入基极，它们的动量将它们带到收集器，在那里它们被收集。由于碱基相对较薄，因此基极中丢失的电子很少。评论：化合物半导体出于我们稍后将解释的原因，HBT使用化合物半导体。让我们回顾一下化合物半导体的基础知识。表2显示了元素周期表中央部分可用元素的部分列表。表2：元素周期表的中心部分[4]。表2中的两个或多个离散元件可用于形成化合物半导体。桌子的中央是硅（Si）和锗（Ge）。Si和Ge的合金，SiGe（pr.“SIGH-gee”）被用作硅HBT中的材料之一。根据Kramer[4]的说法，第三列中的每个元素都可以与第五列中的每个元素结合，形成所谓的III-V化合物。砷化镓就是这样一个例子。在HBT中，一个常见的例子是铝 - 镓砷化物，AIxGa1-xAs，其中x是Al原子占据的晶体中第III列位点的分数，1-x被Ga原子占据。因此，我们不仅有12种离散化合物，而且根据晶体结构中每种化合物的浓度，可以连续选择材料。因此，可以制造组合分级的异质结构，其中组成连续变化而不是在整个器件结构中突然变化。这是克罗默关于发现HBT的诺贝尔演讲的重点。参见图4，了解一些化合物的图示[7]。图4：各种半导体材料的晶格常数与带隙的关系。同质和异质结双极晶体管（HBT）操作的物理原理目前的主要问题是，什么是HBT，异质结结构如何改善晶体管操作？能带图可用于帮助回答这个问题。有关能量带图的教程，请参阅MiniCircuits博客上的上一篇文章[6]。图5显示了正向有源模式下HBT与同结NPN晶体管的能带图。为简单起见，未显示真空度。从发射器注入的电子通过扩散克服了能垒qVn并进入基极。一般来说，基极宽度很小，因此大多数电子由于其动量而穿过基极，并被收集器收集。然而，由于发射极-基极耗尽区域和基极区域的复合，少量电子丢失。现在考虑构成大多数的底座上的孔。它们进入发射器，分别克服了同晶和异质结晶体管中的能垒qVph和qVp。请注意，qVp大于δEg的qVph，这是改进HBT操作的关键，我们将在后面看到。图5：能带图，电流;同质结与异质结双极晶体管。图5b）所示晶体管中的各种电流如下：In：从发射器到基极的电子电流Ip：从基极到发射器的空穴电流Is：由于正向偏置发射极-基空间带电层内的电子/空穴复合而产生的电流IR：由于基底体复合引起的电流即：发射极电流 = In +Ip + IsIc：集电极电流 =In – IrIb：基极电流 = Ip+Ir + Is忽略ICO，集电极至基极反向电流、共发射极电流增益的定义如下：忽略 Ir和Is，最大可实现β为 [11]：这里：Ne和Pb分别是发射器和碱基的掺杂水平。 vnb和vpe分别是从发射极到基极和空穴从基到发射极的电子的平均速度，通常为5100），发射器需要与碱基（Ne >Pb）相比进行大量掺杂。发射极的重度掺杂会扩大掺杂较轻的基极耗尽区域，导致基极宽度与基极-发射极电压变化相比发生变化，这反过来又导致基极宽度调制、线性度降低，在最坏的情况下，还会导致穿孔。在良好的HBT中，例如使用AlGaAs作为发射器，GaAs作为基极，ΔEg ≈ 0.2eV在室温下，kbT= 0.025eV，ΔEg/kbT= 8。因此，ΔEg/kbT≈3000。在典型的 HBT中，Ne/Pb ≈ 1/10。也就是说，与发射器相比，基极被严重掺杂，从而最大限度地减少了基极宽度调制。因此β max = 5 x 0.1 x 3000 ≈ 1500，这是一个巨大的数字。因此，Ip =In/ βmax= In/（1500），与 In 相比，这可忽略不计，可以忽略不计。这是HBT的一大优势，因为它最大化了电流增益。回到等式（1），忽略Ip，一个设计良好的HBTβ大约100个。图6：典型的HBT横截面，层厚度和掺杂[12]。现在，让我们通过一个例子来回顾HBT的实际实现[12]。图6（a）显示了其平面实现中的典型HBT横截面，图6（b）显示了层函数，材料，厚度和掺杂。该结构包括：1. 形成外延层的半绝缘砷化镓。2. 砷化镓 N+ 子集电极旨在为轻度掺杂的 n- 集电极和集电极金属提供高电导率界面。3. P+ 砷化镓碱基大量掺杂以降低碱基电阻，并降低深度以缩短碱基传输时间。4. 一种 N 型发射器，其中 AlGaAs 叠层与 P+ GaAs 基极形成异质结（注意，与基极相比，发射器的掺杂程度较轻）。5. N+ 电容，旨在为 N 发射器和发射器金属提供高电导率接口。该结构的最大振荡频率（fmax）为200 GHz [13]。与此相比，fmax为20 GHz [5]的高级同结晶体管，提高了10倍。HBT的综合效能衡量指数[5]fT、共发射极电流增益/截止频率和最大振荡频率fmax作为HBT的品质因数。共发射极电流增益/截止频率定义为：这里：tee = 发射极基极充电时间，与发射极基极电容成正比。在HBT中，这通常很低。tb = 基流传输时间，由于基层较薄，在 HBT 中也很低。tc = 集电极耗尽层传输时间，与集电极基极电容成正比。这通过低收集器掺杂保持低水平。tcc = 收集器传输时间。最大振荡频率定义为：它表明，较低的基极电阻RB和较低的集电极到基极电容CBC会增加振荡的最大频率。Epi设计人员优化所有这些参数，以实现所需的性能。综上所述：1. HBT使用发射器半导体材料，与基极相比，其带隙更宽。2. HBT使用比同晶硅晶体管更高的碱掺杂，导致碱基电阻降低。3. 发射极基异质结为空穴注入提供高能量势垒，为电子注入提供较低的能垒，从而实现高发射极注入效率。4. 较低的发射极掺杂导致少数载流子存储可以忽略不计，从而降低了基极-发射极电容并实现了更高的频率操作。5. 由于基极较薄，因此高电子迁移率和较低的电子传递时间导致更高的工作频率。6. 半绝缘基板有助于减少焊盘寄生效应，并允许方便地集成器件。HBT技术补充了pHEMT，以实现更高的工作频率，但具有一些明显的优势，如下所示：与pHEMTs相比，HBTs的优势[5]。噪声噪声是流经半导体体材料或器件产生的电压的意外波动[13]。由于不需要的噪声叠加在所需的信号上，因此会降低信噪比。闪烁噪声与频率成反比，通常称为1/f噪声，随着频率的降低而增加。因此，在与载波频率的低偏移频率下，这一点非常重要。闪烁噪声是表面缺陷的函数。在HBT中，电流垂直于表面流动（见图7a），因此1/f噪声贡献最小。将其与pHEMT进行比较，其中电流沿表面流动（见图7b），因此pHEMT中的1/f噪声通常高于HBT。图7：HBT和pHEMT中的电流方向。HBT放大器（GALI-39+，ERA-39+）和pHEMT放大器（PSA-545+）的相位噪声和幅度噪声的测量值如图8所示。图 8：HBT 和 pHEMT 放大器的相位和幅度噪声。图8清楚地显示了HBT放大器的卓越性能，这些放大器和振荡器应用是针对要求苛刻的放大器和振荡器应用而选择的。可靠性Mini-Circuits在其基于HBT的放大器模型上进行HTOL（高温工作寿命测试），以证明可靠性并计算平均故障时间（MTTF）。下面是一个示例。GVA-81+ 型在 80 个样品的结温下经 HTOL 5000 小时。基于这些测试计算的 MTTF 如图 9 所示。图 9：基于 GVA-81+ HBT 的 MMIC 放大器的 MTTF与结温的关系。请注意，在最高工作温度和额定电流下，Tj 为 121°C 。从图7开始，在121°C时，MTTF为3.6 x106小时（或415年），置信度为90%。这是非常可靠的。微型电路部件的设计要求是高可靠性。设计人员会考虑热方面，并将Tj设定为在最高环境温度下低于130°C 。这通过热成像进行验证，可靠性通过HTOL进行验证（注1）。如果不满足这些条件，则重新设计产品。结论HBT技术多年来已经成熟，从而产生了高度可靠的微波和毫米级放大器产品，具有高达20 GHz的出色宽带性能。HBT的1/f噪声性能与硅晶体管相当，因此在关键放大器中是首选。Mini-Circuits拥有广泛的HBT放大器产品组合，采用各种塑料和陶瓷封装。引用1. 1956诺贝尔物理学奖 – 约翰·巴丁、沃尔特·布拉坦和威廉·肖克利 – 诺基亚贝尔实验室（bell-labs.com）2. Michael Gordon，“晶体管的失落历史，PP 44-49，IEEE Spectrum，2004年5月3. Kroemer H.，“晶体管宽间隙发射器理论”，IRE进程，第45卷，第11期，PP 1535-1537，1957年11月4. 赫伯特·克罗默 – 诺贝尔讲座：准电场和频带偏移：教授电子新技巧（nobelprize.org）5. Fazal Ali & AdityaGupta， “HEMT and HBTs：Devices， Fabrication and Circuits”，Artech House， 1991.6. 射频半导体（MMIC）入门 – 微型电路博客（minicircuits.com）7. MMIC技术：伪形态高电子迁移率晶体管（pHEMT） – 微型电路博客（minicircuits.com）8. Jacob Millman &Arvin Grabel， “Microelectronics” McGraw-HillInternational， 19889. William Shockley，“The Path to the Conception of the Junction Transistor”，PP1523-1546，IEEE Transactions on Electron Devices，Vol. ED-31，No. 11，1984 年 11 月10.https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/bardeen-lecture.pdf11.Kroemer， H.， “异质结构双极晶体管和集成电路”， P13-25， IEEE Proc， Vol. 70， No. 1， 1982年1月12.P.M.阿斯贝克等人“用于微波和毫米波集成电路的异质结双极晶体管”PP1462-1470，IEEE微波理论与技术学报，第MTT35卷，第12期，1987年12月13.S.M.Sze et.al.， “半导体器件的物理”， Wiley， 202114.M.E.Kim et.al，“用于高性能模拟和微波应用的GaAs异质结双极晶体管器件和IC技术”，PP1286-1303，IEEE微波理论与技术学报，第37卷。问题 9.1989 年 9 月15.KROEMER H.， “异质结构双极晶体管和集成电路”，Proc IEEE， Vol 70， No1， PP 13-2516.https://www.nobelprize.org/uploads/2018/06/shockley-lecture.pdf17.微型电路，“放大器中的加相位噪声”https://blog.minicircuits.com/additive-phase-noise-in-amplifiers/术语和缩略语词汇表MMIC：单片微波集成电路HBT：异质结双极晶体管场效应晶体管：场效应晶体管HEMT：高电子迁移率晶体管pHEMT：伪态高电子迁移率晶体管发光二极管：发光二极管HBT：异质结双极晶体管原始细胞：可以复制以形成整个晶体的最小原子组合晶格常数：基元单元的维数外延/外延：独特的生长模式，其中生长膜的晶体结构与底物的晶体结构相匹配带隙：半导体和绝缘体中从价带顶部到导带底部的能量间隙MBE：分子束外延MOCVD：金属-有机化学气相沉积致谢全文翻译自minicircuits博客文章。本文参与 腾讯云自媒体分享计划，分享自微信公众号。原始发表：2022-04-29，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除ip本文分享自 iRF射频前端产业观察 微信公众号，前往查看如有侵权，请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。本文参与 腾讯云自媒体分享计划  ，欢迎热爱写作的你一起参与！ip评论登录后参与评论0 条评论热度最新登录 后参与评论推荐阅读LV.关注文章0获赞0领券社区专栏文章阅读清单互动问答技术沙龙技术视频团队主页腾讯云TI平台活动自媒体分享计划邀请作者入驻自荐上首页技术竞赛资源技术周刊社区标签开发者手册开发者实验室关于社区规范免责声明联系我们友情链接腾讯云开发者扫码关注腾讯云开发者领取腾讯云代金券热门产品域名注册云服务器区块链服务消息队列网络加速云数据库域名解析云存储视频直播热门推荐人脸识别腾讯会议企业云CDN加速视频通话图像分析MySQL 数据库SSL 证书语音识别更多推荐数据安全负载均衡短信文字识别云点播商标注册小程序开发网站监控数据迁移Copyright © 2013 - 2024 Tencent Cloud. 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HBT、PHMET和MESFET对比简析 - 知乎

HBT、PHMET和MESFET对比简析 - 知乎首发于游走的日常切换模式写文章登录/注册HBT、PHMET和MESFET对比简析AshiRiga​LNA的应用方向PHMET是继MESFET之后最适合用于低噪放设计的管子。FET中的主要噪声源是热杂散，主要是由于管子的通道中的载流子的随机运动造成的。载流子的随机运动导致了电流的不规则变化，由此而产生了噪声。栅极和通道之间存在的耦合电容，使得总噪声是由栅极噪声减去漏极噪声得到。这是FET管子独具的特点，使得其具有优异的低噪声特性。为了得到一个最优的噪声特性，可以通过两个方法：一个是降低由电阻引入的噪声源（这个和器件本身的特性有很大关系），另外一个尽可能的提高电流增益的介质频率ft。第二个方法需要在器件设计的时候考虑最大的跨导、最小的栅极电容，以及合适的偏置电路。通常来说，在Idss/10的条件下可以得到最小的噪声系数。虽然这种情况下MESFET和HEMT所需要的偏置会有差别，但是HMET的Ids的范围要比MESFET更宽。最大增益和最小噪声系数所对应的偏置通常是不同的甚至是相互矛盾的，因此必须要在两者之间做折中的设计。HEMT的Ids的范围更广，因此在设计增益和噪声系数都考虑到的电路时候，选择范围更广，两者的影响相对较小。高增益往往需要器件在设计的时候充分考虑在通道的下面应用异质结或者其他形式的缓冲区，最大限度地减小载流子的注入、减小输出电导。高掺杂的应用为HBT打开了更广的应用场景，能够应用在一些宽带、低噪声的场景中。有针对噪声特性的研究数据表明了，PHMET能够提供比MESFET更小的偏置电流敏感性vs噪声性能。InP基的HEMT能够提供性能极好的低噪声特性。InP的器件通常也是光电领域最优的选择，在光电领域通常需要考虑兼容InP的光器件、工作频率超过40GHz。下图显示了不同材料、不同管子工作频率vs噪声系数的关系。从图中可以看到InP的HEMT采用了晶格匹配和应变设计的方案下，90GHz对应的噪声系数在1.2dB左右。HBT在低频段的噪声通常比较小。通过优化设计偏置电路能够减小管子的非线性性带来的影响，这样可以在变频的时候获得更好的频率特性。同时HBT的振荡器也可以实现很小的相位噪声。PA的应用方向功放的关键指标包括了1dB压缩点、饱和功率、三阶交调、PAE，相比于低噪声放大器要考虑的指标更多。设计功放最成熟的方案就是采用MESFET，但是并不是功放设计的最优的方案，特别是当工作频率逐渐变高的时候。在高频工作情况下，对栅极的长度要求越小、通道的厚度越薄。高掺杂浓度能够保证Ids的性能，进一步降低击穿功率。尽管有这些限制，在文献【1】中提出了一种MESFET，栅极外围大小600um，工作频率为18GHz，0.53W/mm的功率特性。文献【2】中提出了一个中MESFET，在Al2O3上利用GaAs制备了0.3um的栅极，在工作频率8GHz下，PAE为89%，增益为9.6dB，0.12W/mm的输出功率，3v的偏置电压Vds。下图总结了HEMT、MESFET、HBT的功率特性。从图中可以看到AlGaAs\GaAs的 HEMT相比于MESFET在高频率下的功率增益性能更优。但是这些器件因为导带的不连续性，使得器件本身受限于载流子密度ns（1012cm-3），进一步限制了电流和功率。尽管这样，在文献【3】中还是提出了一种HEMT，栅长86.4mm，频率2.1GHz，功率100W。通过增加异质结通道和减小导带的不连续性能够进一步的提高器件的功率性能。增加异质结通道的方法能够提高总的载流子密度，同时又能够保证单通道相同的密度下避免击穿。减小导带的不连续性可以利用PHEMT的方案，InxGa1-xAs材料提到了GaAs，来构建通道，其中x通常取值0.2。通道厚度为150Å PHEMT的载流子密度通常在4×1012cm-3，因此可以得到超过1A/mm的电流。文献【4】通过这种方法，在工作频率44.5GHz，栅长1800um的PHMET，功率为0.44W/mm.另外，在InP的衬底上面制备HEMT也能够提高载流子密度，进而提高电流Ids。同时InP的衬底能够提供更好的热导率，但是从工艺成熟角度、成本优势方面来看，InP的优势要比GaAs弱很多。很多功率器件都采用了PHEMT，从技术的角度来看，未来可以通过采用双凹槽和不对称凹槽进一步提高PHEMT性能。另外，InP的HEMT因为InGaAs的禁带宽度较小，导致了其击穿电压受到限制。通过采用InGaAs-InP复合的方式来构建通道能够一定程度上改善这个问题。回退功率PHMET对于高线性度的PHEMT来说是一个非常重要的指标。对于HBT来说， 它在线性度方面有更好的优势，HBT在一个合适的PAE下的输入功率下，能够保证优异的线性度。HBT在面向功率应用的小型化、高效率芯片方面有较好的优势。尽管相对于PHEMT在工艺成熟度上有一定的弱势，但是它能够提供更高的击穿电压、更好的阈值电压一致性以及指数性的转移特性。很重要的一点需要考虑的是散热的问题，不管是自身的发热还是由于旁边的器件发热传导。工作在连续波还是工作在脉冲模式下都有所不同，但是这样的区别在FET器件中并不是特别明显。文献【5】中提出的大信号模型的HBT，考虑了散热效应，得到了一个较好的实验结果。热稳定级联 （TSC） HBT与传统 HBT 相比，升温效应更低，同时提供更高的增益。其他方法还包括用于从芯片顶部散热的热分流器，但这些方法通常会增加技术成本。另外，InP的器件为高增益和高频的应用提供了很好的解决方案。因其在高频谐波的电流消除，使得这一类的器件非常适合于高线性度的设计。但是其成本往往是GaAs或者其他器件的好几倍，在面向市场化应用的时候往往局限在一些对成本敏感性较低的方向。高频特性PHEMT的高频特性较好，很适合用在注入毫米波频段，在高频下其增益特性、噪声以及功率特性都能保持较好的性能。下图表示了不同的管子的频率特性。随着应用频段向毫米波频段发展，如5G、卫星通信、雷达、导引头等民用或军用方向，PHEMT的应用也将不断增加。InP的HEMT在面向高频化的应用有更好的优势，在毫米波频段下，能够保持较低的噪声的同时有较高的增益。基于GaAs和InP的HBT虽然也能够较好地工作在较高频段，例如fmax=250GHz，但是相对于HEMT的频率还是要低了很多。可靠性可靠性也是选择管子的一个重要参考指标。MESFET、PHEMT的稳定性较好，HBT随着技术的发展在稳定性方面也得到了较大的发展。与管子可靠性相关的因素典型的有：FET封装时的氢扩散，这会导致阈值电压Vth变化。由于半导体通道中肖特基栅极金属（如Ti/Pt/Au）的交散而引起的栅极下沉也会导致Vth位移，可以通过插入金属（如Mo）在一定程度上进行控制。PHEMT的可靠性在很多应用方向都不错，相比之下InP的HEMT在这方面就要差上一个数量级。这可能是因为供体材料变化相关的热稳定性有关。也是选择管子的一个重要参考指标。MESFET、PHEMT的稳定性较好，HBT随着技术的发展在稳定性方面也得到了较大的发展。在HBT中观察到基极-发射极结变化，这是由于基极掺杂剂扩散和缺陷形成对器件工作区域至关重要，直接导致了增益随时间的变化。AlGaAs/GaAs的HBT的寿命与工作电流密度成平方反比。从温度相关的测试中得到的激励能力要明显低于1.5V。这意味着首先需要降低工作电流密度和控制器件温度，这两者都会阻碍器件在电路中的使用。通过采用更大的器件尺寸来补偿这种效应是不可取的，因为这将降低器件阻抗，使得匹配电路能难实现。材料和工艺的提升使得结节在120℃的温度下能够保证长达10E9个小时的可靠性。参考文献：[1] G. Gaquière et al., IEEE Trans. on ED, Vol. 42, February 1995, pp. 209-214[2] T. Jenkins et al., GaAs IC Symposium, Atlanta, GA, 1998, pp.259-262[3] S. Goto, GaAs IC Symposium, Atlanta, GA, Nov. 1998, pp. 77-80[4] P. Smith et al, IEEE MTT-S Digest, 1994, pp. 809-812[5] S. H. Shu et al., Topical Workshop on Heterostructure Microelectronics for Information Systems Applications, Shonan Village, Japan, August 1998发布于 2022-07-25 10:33芯片（集成电路）晶体管器件​赞同 11​​添加评论​分享​喜欢​收藏​申请转载​文章被以下专栏收录游走的日常分享旅行中的故事，遇见旅行中

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半导体工艺简介 - 知乎切换模式写文章登录/注册半导体工艺简介孜然半导体工艺简介CMOS、GaAs、SOI、SiGe、PHEMT、HBT、MESFET都是什么东西？如何区分这些名词？1 以第一代半导体（Si、Ge）为基础的CMOS、SOI、SiGe工艺器件CMOS中文名：互补型金属氧化物半导体（complementary metal-oxide-semiconductor）又称体硅工艺，是以硅片为衬底，在上面生长NMOS管和PMOS管的工艺过程，其核心器件就是MOSFET。CMOS是设计集成电路（模拟IC）最常用的一种工艺，将NMOS器件和PMOS器件同时制作在同一硅衬底上，NMOS制作在P型硅衬底，PMOS制作在N阱里面。该工艺是目前最为成熟的半导体工艺，成本低集成度高的特点（可以将射频、基频与存储器等集成在一颗die上）。现在LTE和Wi-Fi的收发机，以及分立的LNA等，基本采用体硅CMOS工艺制造。但是由于体硅CMOS在源和漏至衬底间存在寄生二极管，造成种种弊端，因此不太适合制作高功率高线性度开关。SOI中文名：绝缘衬底硅（Silicon On Insulator）又称SOI-CMOS。SOI工艺最大的特点是在衬底Si和顶层Si之间加入了一层SiO2绝缘层。这种独特的Si/SiO2/Si结构实现了器件和衬底的全介质隔离，相比体硅CMOS工艺，减小了寄生电容，运行速度提高30%，降低了漏电，功耗减少约一半，并且消除了闩锁效应。多个管子级联可以承受高功率，因此业界一般采用SOI工艺来设计大功率开关以及天线调谐开关。SiGe工艺：不同于硅技术中所形成的简单晶体管，SiGe需要晶体管具有异质结构和异质结，这些结构有好几层和特定的掺杂等级，从而允许高频运行。依材料特性来看，SiGe高频特性良好，材料安全性佳，导热性好，功耗较低，而且制程成熟、整合度高，成本较低。SiGe不但可以直接利用半导体现有8寸晶圆制程，达到高集成度，还有媲美GaAs的高速特性。高频和低功耗的LNA产品一般采用SiGe工艺设计。2 以第二代半导体（GaAs、InP）为基础的pHMET、HBT、MESFET工艺器件砷化镓（GaAs）分为三类：HBT、pHEMT、MESFET。频谱范围：1GHz到100GHz，满足低频到高频应用。射频前端芯片产品中，射频PA采用HBT工艺，RF switch和LNA采用pHEMT工艺。RF switch和LNA已转向SOI工艺，SiGe抢食了一部分GaAs HBT份额，而且有扩大趋势，CMOS已经抢走了低频GaAs HBT市场。GaAs HBT工艺基于其稳定性与不错的性价比，未来将维持一定比重。HBT：异质结双极型晶体管（heterojunction bipolar transistor）是指晶体管中的一个或两个结由不同的半导体材料所构成，其能带间隙可以在一定的范围内随意设计。HBT的主要优点是发射效率较高，其应用基本上与双极型晶体管相同，但HBT具有较高的速度，可以工作在更高的频率。HBT由于具有功率密度高、相位噪声低、线性度好等特点，在毫米波功率放大器、震荡器和混频器上面的应用比MESFET和HEMT更具优势。常见的HBT结构有1）、AlGaAs/GaAs HBT，其中Al组分占比0.25左右；其优点是具有良好的晶格匹配，采用半绝缘衬底，器件之间容易隔离和互联。2）、InGaAs HBT，基区采用InGaAs材料，InP或者InAlAs作为发射区材料，半绝缘衬底采用掺Fe的InP，优点是电子迁移率高。大部分HBT的技术都是在AlxGa1‒xAs/GaAs材料系统中发展的，下图是一个基本n‒p‒n型HBT结构。n型发射区是以宽禁带的AlxGa1‒xAs组成，而p型基区是以禁带宽度较窄的GaAs组成，n型集电区和n型次集电区分别以低掺杂浓度和高掺杂浓度的GaAs组成。图：n‒p‒n型HBT结构pHEMT：PHEMT是对高电子迁移率晶体管（HEMT）的一种改进结构，也称为赝调制掺杂异质结场效应晶体管（pMODFET）, pHEMT的基本器件结构是AlGaAs/ InGaAs/ GaAs型式, 虽然普通结构的HEMT具有很好的高频、高速性能，但是也存在有一个很大的问题，那就是其性能的温度稳定性较差。pHEMT具有双异质结的结构，这不仅提高了器件阈值电压的温度稳定性，而且也改善了器件的输出伏安特性，使得器件具有更大的输出电阻、更高的跨导、更大的电流处理能力以及更高的工作频率、更低的噪声等。因此，常用于高速射频开关或者LNA领域。MESFET：金属-半导体场效应晶体管（Metal-Semiconductor Field Effect Transistor），是一种由Schottky势垒栅极构成的场效应晶体管。它与p-n结型栅场效应晶体管相比，只是用金属-半导体接触势垒代替了p-n结栅。热稳定性较差、漏电流较大、逻辑摆幅较小、抗噪声能力较弱；但是金属-半导体接触可以低温形成，而且不仅可用Si，也能采用GaAs材料来制造出性能优良的晶体管。GaAs-MESFET具有优良的微波、高速、大功率和低噪音等性能。例如，对于栅长L=1μm、栅宽W=250μm的微波GaAs-MESFET的噪音，在C波段时为1 dB (相应的BJT为2 dB)，在Ku波段时为2.5~3 dB (相应的BJT为5 dB)。与微波硅BJT相比，GaAs-MESFET不仅工作频率高 (可达60GHz)、噪声低，而且饱和电平高、可靠性高等；这是由于与硅相比，n-GaAs外延材料的电子迁移率要大5倍、峰值漂移速度要大2倍，而且器件的衬底可用半绝缘GaAs（SI- GaAs ）以减小寄生电容。3 以SiC & GaN为代表的第三代半导体工艺器件国际上一般把禁带宽度（Eg）大于或等于2.3电子伏特（eV）的半导体材料称之为第三代半导体材料，常见的第三代半导体材料包括：碳化硅、氮化镓、金刚石、氧化锌、氮化铝等。其中，碳化硅和氮化镓技术发展相对成熟，已经开始产业化应用，而金刚石、氧化锌、氮化铝等材料尚处于研发起步阶段。第三代半导体具有高热导率、高击穿场强、高饱和电子漂移速率、高键合能等优点，可以满足现代电子技术对高温、高功率、高压、高频以及抗辐射等恶劣条件的新要求，是5G、人工智能、工业互联网等多个“新基建”产业的重要材料，同时也是世界各国半导体研究领域的热点。碳化硅（SiC）目前主要是用在650V以上的中高压功率器件领域，并偏向1000V以上的范围，具有高压、高温、高频三大优势，并且比硅基器件更轻、更小巧。氮化镓（GaN）主要是用在650V以下的中低压功率器件领域及微波射频和光电领域。不过，GaN器件未来也有机会进一步往600～900V发展。GaN工艺：氮化镓功率器件通常采用HEMT（高迁移率晶体管）的设计，氮化镓高电子迁移率晶体管GaN HEMT(High Electron Mobility Transistors)作为宽禁带(WBG)功率半导体器件的代表，在高频功率应用方面有巨大的潜力，也被称为常开型元件。相较于硅、碳化硅，在中高频驱动逆发器的快速切换的场景中，如果采用传统的MOSFET和IGBT，会产生不可接受的损耗，而氮化镓晶体管的源极、栅极、漏极均在同一个平面，能够克服这样的损耗。GaN材料相比于Si和SiC具有更高的电子迁移率、饱和电子速度和击穿电场。照器件结构类型：可分为横向和纵向两种结构，如下图所示。横向GaN功率器件适用于高频和中功率应用，而垂直GaN功率器件可用于高功率模块。垂直GaN 功率器件尚未在市场上出售，目前处于大量研究以使器件商业化的阶段。按照器件工作模式：可分为常开(耗尽型)和常关(增强型)两种方式，如下图所示。在横向结构中由AlGaN/GaN异质结组成的GaN异质结场效应晶体管(HFET)包括一层高迁移率电子：二维电子气(2DEG)，2DEG在功率器件漏极和源极之间形成通道。常开(耗尽型)：当栅源电压为零时，漏源极之间已存在2DEG通道，器件导通。当栅源电压小于零时，漏源极2DEG通道断开，器件截止。常关(增强型):当栅源电压大于零时，漏源极之间2DEG通道形成，器件导通。常开(耗尽型)器件在启动过程中可能会出现过冲或失去功率控制，因此不适用于电源变换器等应用中。常关(增强型)器件通过简单的栅极驱动控制，在电力电子广泛应用。发布于 2023-09-09 04:13・IP 属地广东半导体工艺功率器件GaAs​赞同 28​​添加评论​分享​喜欢​收藏​申请

HBT的工艺原理是什么？ - 知乎

HBT的工艺原理是什么？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答​切换模式登录/注册射频HBT的工艺原理是什么？以及HBT在超高速电路设计中的优势关注者4被浏览22,588关注问题​写回答​邀请回答​好问题​添加评论​分享​1 个回答默认排序Logan微电子专业，光电工程师; 南阎浮提，人~​ 关注谢邀。HBT:heterojunction bipolar transistor,异质结双极型晶体管。其原理是因为不同的半导体材质，其能带结构不一样，两者相处时的界面会因为能带(费米能级相同)形成独特的过渡层，因为多一个自由度，而能够提取出优异的(同质结所没有的)高速特性。对于工艺，需要符合将两种半导体物质结合在一起的能力。这个就比较复杂了。(Heterojunction bipolar transistor)发布于 2018-03-24 01:34​赞同 4​​2 条评论​分享​收藏​喜欢收起​​

异质结双极性晶体管_百度百科

极性晶体管_百度百科 网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心收藏查看我的收藏0有用+10异质结双极性晶体管播报讨论上传视频双极性晶体管的一种本词条由“科普中国”科学百科词条编写与应用工作项目 审核 。异质结双极性晶体管（英语：heterojunction bipolar transistor，缩写：HBT）是双极性晶体管的一种，它的发射区和基区使用了不同的半导体材料。中文名异质结双极性晶体管外文名heterojunction bipolar transistor学    科光学目录1介绍2异质结3双极性晶体管介绍播报编辑异质结双极性晶体管（英语：heterojunction bipolar transistor，缩写：HBT）是双极性晶体管的一种，它的发射区和基区使用了不同的半导体材料，这样，发射结（即发射区和基区之间的PN结）就形成了一个异质结。异质结双极性晶体管比一般的双极性晶体管具有更好的高频信号特性和基区发射效率，可以在高达数百GHz的信号下工作。它在现代的高速电路、射频系统和移动电话中应用广泛。对异质结双极型晶体管的研究始于1951年。 [1]异质结播报编辑跳到导航跳到搜索半导体的异质结是一种特殊的PN结，由两层以上不同的半导体材料薄膜依次沉积在同一基座上形成，这些材料具有不同的能带隙，它们可以是砷化镓之类的化合物，也可以是硅-锗之类的半导体合金。 [2]半导体异质结构的二极管特性非常接近理想二极管。另外，通过调节半导体各材料层的厚度和能带隙，可以改变二极管电流与电压的响应参数。半导体异质结构对半导体技术具有重大影响，是高频晶体管和光电子器件的关键成分。双极性晶体管播报编辑双极性晶体管（英语：bipolar transistor），全称双极性结型晶体管（bipolar junction transistor, BJT），俗称三极管，是一种具有三个终端的电子器件。双极性晶体管是电子学历史上具有革命意义的一项发明，其发明者威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布喇顿被授予1956年的诺贝尔物理学奖。这种晶体管的工作，同时涉及电子和空穴两种载流子的流动，因此它被称为双极性的，所以也称双极性载流子晶体管。这种工作方式与诸如场效应管的单极性晶体管不同，后者的工作方式仅涉及单一种类载流子的漂移作用。两种不同掺杂物聚集区域之间的边界由PN结形成。双极性晶体管由三部分掺杂程度不同的半导体制成，晶体管中的电荷流动主要是由于载流子在PN结处的扩散作用和漂移运动。以NPN晶体管为例，按照设计，高掺杂的发射极区域的电子，通过扩散作用运动到基极。在基极区域，空穴为多数载流子，而电子少数载流子。由于基极区域很薄，这些电子又通过漂移运动到达集电极，从而形成集电极电流，因此双极性晶体管被归到少数载流子设备。双极性晶体管能够放大信号，并且具有较好的功率控制、高速工作以及耐久能力，，所以它常被用来构成放大器电路，或驱动扬声器、电动机等设备，并被广泛地应用于航空航天工程、医疗器械和机器人等应用产品中。通断（传递信号）时的双极晶体管表现出一些延迟特性。大多数晶体管，尤其是功率晶体管，具有长的储存时间，限制操作处理器的最高频率。一种方法用于减少该存储时间是使用Baker clamp。新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号 京公网安备110000020000

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