化合物半导体器件-第四章异质结双极型晶体管.
不同类型晶体管的区别和特点
不同类型晶体管的区别和特点晶体管是一种电子器件，用于控制电流通过的开关。
根据其结构和材料特性的不同，晶体管可以分为多种类型，每种类型都具有不同的特点和应用领域。
一、晶体管的分类根据材料类型的不同，晶体管可以分为两大类：硅基晶体管和化合物半导体晶体管。
1. 硅基晶体管硅基晶体管是最常见的晶体管类型，其主要由硅材料制成。
硅材料具有丰富的资源、制造工艺成熟、价格低廉等优点，因此硅基晶体管是最广泛应用的晶体管类型。
硅基晶体管又可分为三类：NPN型、PNP型和MOS型。
（1）NPN型晶体管：NPN型晶体管是最常见的硅基晶体管类型。
其结构由两个N型半导体夹一个P型半导体构成，中间的P型半导体称为基区。
NPN型晶体管通常用于放大电路和开关电路，其特点是集电极和发射极之间的电流放大倍数高，适用于高频和高速的电路。
（2）PNP型晶体管：PNP型晶体管与NPN型晶体管结构相反，由两个P型半导体夹一个N型半导体构成。
PNP型晶体管与NPN型晶体管的工作原理及应用领域相似，但由于电流流动的方向相反，其极性也相反。
（3）MOS型晶体管：MOS型晶体管（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种基于金属-绝缘体-半导体结构的晶体管。
它的主要特点是电流消耗小，输入电阻高，适用于低功耗和高速的电路。
MOS型晶体管广泛应用于数字电路和微处理器等领域。
2. 化合物半导体晶体管化合物半导体晶体管由多种化合物材料构成，如砷化镓（GaAs）、碲化镉（CdTe）等。
与硅基晶体管相比，化合物半导体晶体管具有更高的载流子迁移率和更好的高频特性，因此在高频和高速电路中具有广泛的应用。
化合物半导体晶体管主要有以下几种类型：HBT、HEMT和MESFET。
（1）HBT（异质结双极型晶体管）：HBT是由不同的材料构成的异质结构，常见的是砷化镓（GaAs）和磷化铟（InP）的组合。
HBT具有高迁移率和高频特性，适用于高速数字电路和射频放大器等领域。
（2）HEMT（高电子迁移率晶体管）：HEMT是一种基于异质结构的晶体管，其材料组合主要是砷化镓（GaAs）和铝镓砷（AlGaAs）。
第十三讲——异质结双极型晶体管
再定义发射极饱和电流，IES，和正向 α，αＦ： 由这些定义，我们有： 解基极电流得： 最后，我们注意到通过定义正向 β，βＦ，可以很方便的联系 ｉＢＦ 和 iＣＦ： BJT 特性的 Ebers-Moll 模型（续） 同样，对逆向部分，我们得到： 其中，我们做了类似的定义：
综合正向和逆向部分，我们得到完全特性公式：
——发射极 ——基极 ——集电极
发射极问题： 在单质结晶体管中，基极的支线电导受掺杂级和基极宽度的限制。可以通过提高基极的
掺杂级来提高它，但这会对发射极缺陷有负面的影响。 通过一个宽能带隙发射器层，另一个耦合系数被引入发射极缺陷，这减少了对基极进行
重掺杂的需要。 在单质结中：
在异质结中：
注意：我们在第四讲关于异质结的 讨论中已经涉及到了这个问题。
新项：HB=空穴势垒 EB=电子势垒
发射极问题：空穴势垒vs电子势垒 势垒的大小取决于在其中一个能带中是否存在一个尖突起（通常在导带中）
注意：在N-p+结中，所有的带弯曲都在N边。
如果尖突起是一个势垒：HB- EB≈Δ EV 发射极问题：空穴势垒vs电子势垒
如果尖突起薄到成为一个隧道，或者通过对质结中的成份进行梯度处理而得到消除，那 么HB- EB可以显著增大：
异质结双极晶体管
异质结双极晶体管引言异质结双极晶体管（Heterojunction Bipolar Transistor，简称HBT）是一种基于两种或多种不同半导体材料的双极晶体管。
它相比于传统的同质结双极晶体管，在性能上有明显的优势，广泛应用于微波、光电子、通信等领域。
本文将对异质结双极晶体管的原理、结构、特性和应用进行详细的探讨。
I. 异质结双极晶体管的原理异质结双极晶体管的基本原理是基于不同半导体材料之间形成的异质结。
通过巧妙的结构设计，可以实现载流子在不同材料之间的高效传输和控制。
异质结双极晶体管的工作原理可分为以下几个方面：1. 异质结的能带差异异质结由两种或多种不同的半导体材料构成，具有不同的禁带宽度。
当两种材料接触时，由于能带差异的存在，会在界面形成电子能级弯曲。
这种电子能级弯曲导致在异质结界面形成空间电荷区，这种电荷区域将影响载流子的传输和控制。
2. 异质结的电荷分布由于异质结的带边弯曲，会形成空间电荷区，其中包含正负电荷。
这种电荷区域的存在改变了材料内部的电子和空穴浓度分布，从而影响异质结附近的电子和空穴输运过程。
3. 异质结的能带弯曲控制异质结双极晶体管通过精确定义异质结的结构和厚度，可以有效地控制能带弯曲和空间电荷区的形成。
通过这种控制，可以实现载流子的选择性注入和传输，从而实现晶体管的放大作用。
II. 异质结双极晶体管的结构异质结双极晶体管的结构与传统的同质结双极晶体管有所区别。
它包括以下几个主要部分：1. 基区异质结双极晶体管的基区是由两种不同材料的异质结构成的，其中一种材料具有较宽的禁带，称为宽禁带材料；另一种材料具有较窄的禁带，称为窄禁带材料。
宽禁带材料的电子亲和能小于窄禁带材料，因此宽禁带材料中的电子会通过异质结注入到窄禁带材料中。
2. 发射区异质结双极晶体管的发射区是负责注入电子到基区的部分。
通常在发射区引入P型材料，通过预制N型材料的P-N结，形成发射结。
3. 收集区异质结双极晶体管的收集区是负责收集注入到基区的载流子的部分。
sige异质结双极晶体管
sige异质结双极晶体管
一、概述
sige异质结双极晶体管是一种具有特殊结构的晶体管，由半导体异质材料组成，具有高速、高效、高温等优点。
由于其独特的结构和工作原理，sige异质结双极晶体管在许多领域都有广泛的应用，如通信、雷达、电子对抗、高速数字电路等。
二、结构和工作原理
sige异质结双极晶体管由三个区域组成：发射区、基区和收集区。
其中，发射区和收集区通常采用n型半导体材料，基区采用p型半导体材料。
在结构上，sige异质结双极晶体管采用了异质结结构，即将两种不同的半导体材料结合在一起，形成一个共同的界面。
当sige异质结双极晶体管工作时，电流通过基区的空穴传输，并在基区的两侧积累电荷。
由于基区的宽度较小，空穴传输速度较快，因此sige异质结双极晶体管具有较高的开关速度。
同时，由于异质结结构的存在，sige异质结双极晶体管还具有较低的串联电阻和较高的电流增益。
三、应用领域
1.通信领域：sige异质结双极晶体管的高开关速度和高温稳定性使其成为通
信领域的理想选择。
它可以用于高速调制解调器、宽带放大器、卫星通信系统等。
2.雷达和电子对抗领域：sige异质结双极晶体管的宽带放大和高速开关特性
使其在雷达和电子对抗领域中得到广泛应用。
它可以用于雷达信号放大、干扰器、高速采样等。
3.高速数字电路领域：sige异质结双极晶体管的高开关速度和高速放大特性
使其成为高速数字电路领域的理想选择。
它可以用于高速逻辑门、触发器、寄存器等。
HBT
异质结双极晶体管HBT异质结双极晶体管（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。
W.B.肖克莱于1951年提出这种晶体管的概念。
它是由发射区、基区和收集区由禁带宽度不同的材料制成的晶体管。
它最初称为“宽发射区”晶体管，直到70年代中期，这种晶体管才得到较快的发展。
异质结双极晶体管的特点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。
异质结双极晶体管的结构分析异质结双极晶体管的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Ip和反向注入的空穴流Ip所克服的位垒高度是不同的,二者之差为墹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墹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GaAlAs/GaAs异质结晶体管的结构和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。
它的另一些优点是开关速度快、工作温度范围宽(-269～+350)。
sige异质结双极晶体管(hbt)的优势、典型器件结构;
sige异质结双极晶体管(hbt)的优势、典型器件结构; 1. 引言1.1 概述SiGe异质结双极晶体管（HBT）是一种重要的半导体器件，在现代电子技术领域中广泛应用。
它利用硅基材料和锗基材料之间的异质结构，以实现高性能、低功耗和低噪声操作。
SiGe HBT具有多种优势，使其成为射频放大器、通信系统和无线传感器等领域中首选的器件。
1.2 文章结构本文将围绕SiGe异质结双极晶体管的优势及其典型器件结构展开详细的讨论。
首先，我们将介绍SiGe HBT在高频性能、低噪声性能和功耗方面所具备的优势。
然后，我们将探讨SiGe HBT的典型器件结构，包括基本结构、发射极电阻调制技术以及直接注入发射器结构设计。
进一步，本文将通过分析通信领域中的应用案例来展示SiGe HBT在小信号放大器设计、高速数字通信系统和无线通信系统等方面带来的重要价值。
最后，我们将总结SiGe HBT的优势和典型器件结构特点，并展望未来SiGe HBT技术的发展方向和应用前景。
1.3 目的本文的目的在于全面介绍SiGe异质结双极晶体管的优势及其典型器件结构，以帮助读者更好地了解并应用这一重要的半导体器件。
通过深入研究SiGe HBT所具备的高频性能、低噪声性能和功耗优势，读者将对其在通信领域中的广泛应用有更清晰的认识。
同时，通过对典型SiGe HBT器件结构和案例分析的介绍，读者将学习到如何设计和优化SiGe HBT在不同通信系统中的应用。
最终，本文旨在为SiGe HBT技术的未来发展提供有益的见解，并展示其潜在的应用前景。
2. SiGe异质结双极晶体管(HBT)的优势：SiGe异质结双极晶体管(HBT)是一种高性能的半导体器件，具有多项优势，使其成为许多领域的重要选择。
以下是SiGe HBT的主要优势：2.1 高频性能优势：SiGe HBT具有卓越的高频性能，特别适用于射频和微波电路设计。
相比于传统的硅晶体管，SiGe HBT具有更高的截止频率（fT）和最大振荡频率（fmax），这使得它可以在更高的频段范围内工作。
HBT异质结双极型晶体管
1978年Bell实验室利用MBE获得了调制掺杂AlGaAs/GaAs 异质结构
1980年用MBE方法制成AlGaAs/GaAs异质结双极晶体管
HBT异质结双极型晶体管
3
5.1 HBT的理论基础
异质结双极晶体管（HBT）中心设计原理是利用半导体材料近代宽 度的变化及其作用于电子和空穴上的电场力来控制载流子的分布和 流动。
常见的HBT包括：
（1）AlGaAs/GaAs HBT 发射区采用AlxGa1-xAs材料，Al组
分x选择在0.25左右（高于此值时n型AlGaAs中出现深能级使发射
结电容增加）。特点：AlGaAs/Gas体系具有良好的晶格匹配，采用半绝
缘衬低，器件之间容易隔离和互连。
（2）InGaAs HBT 基区采用InGaAs材料，InP或InAlAs作为发
发射区、基区和集电区掺杂浓度的选择 : 发射区掺杂浓度为1017cm-3 基区掺杂浓度在1018—1019ｃｍ-3 收集区的浓度为1016ｃｍ-3 ＥＣ的欧姆接触区浓度要大于1018ｃｍ-3
液相外延（LPE）:利用反应物的饱和溶液或过饱溶液作为源，通过相图 的分析来控制化合物的组分比。
优点：工艺比较简单，设备便宜，外延质量好。 缺点：生产效率低，在薄膜层后的降低及其控制方面存在困难。
HBT异质结双极型晶体管
5
5.2 HBT的制作方法和结构
1、 HBT的制作方法
分子束外延（MBE）:迄今最先进的外延生长方法，本质亦为真空蒸气法。但 其蒸发物是以分子束或原子束的形式运输。
特点：禁带宽度差基本全部产生在△EV制作n-p-n型HBT具有很 高的注入效率；采用成熟的Si工艺，工艺简单成熟，价格便宜。
双异质结双极晶体管
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。
异质结双极晶体管
异质结双极晶体管一、概述异质结双极晶体管（Heterojunction Bipolar Transistor，简称HBT）是一种新型的双极晶体管。
它是在不同材料的半导体结合处形成的异质结上制成的。
相比于传统的双极晶体管，HBT具有更高的频率响应和更低的噪声系数。
二、原理HBT采用了异质结技术，即将不同材料的半导体材料在界面处形成异质结。
这样，在p型区和n型区之间就会形成一个更加陡峭的pn结，从而使得电流能够更加快速地通过。
此外，由于异质结能够提供一个更好的载流子注入区域，因此HBT具有更高的电流增益。
三、结构HBT由三个区域组成：发射区、基区和集电区。
1. 发射区发射区通常是由n型半导体材料制成。
它是整个器件中最薄且最窄的部分。
发射区主要用于注入少数载流子，并将其输送到基区。
2. 基区基区通常是由p型半导体材料制成。
它是整个器件中最厚的部分。
基区主要用于控制电流的流动，从而实现放大功能。
3. 集电区集电区通常是由n型半导体材料制成。
它是整个器件中最宽的部分。
集电区主要用于收集注入到基区中的少数载流子，并将其输送到外部电路。
四、特点1. 高频响应HBT具有更高的频率响应，这是由于异质结能够提供更好的载流子注入效果，从而使得电流能够更加快速地通过。
2. 低噪声系数HBT具有更低的噪声系数，这是由于异质结能够提供一个更好的载流子注入区域，从而使得器件内部噪声得到有效抑制。
3. 低功耗HBT具有较低的功耗，这是由于异质结能够提供一个更好的载流子注入效果，从而使得器件内部损耗得到有效降低。
4. 更高的工作温度范围HBT具有更高的工作温度范围，这是由于异质结技术能够提高器件对温度变化和环境干扰等因素的抵抗力。
五、应用1. 通信领域HBT广泛应用于通信领域，如无线通信、卫星通信等。
其高频响应和低噪声系数使得它成为无线电频率放大器的理想选择。
2. 光电子学领域HBT也被广泛应用于光电子学领域，如光通信、激光雷达等。
化合物半导体异质结双极晶体管[发明专利]
![化合物半导体异质结双极晶体管[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/bdc37e164a35eefdc8d376eeaeaad1f346931117.png)
(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010401293.X(22)申请日 2020.05.13(30)优先权数据2019-133841 2019.07.19 JP(71)申请人 高谷信一郎地址 日本东京都武蔵野市境4-3-11(72)发明人 高谷信一郎 (74)专利代理机构 广州粤高专利商标代理有限公司 44102代理人 李珊珊(51)Int.Cl.H01L 29/737(2006.01)H01L 29/06(2006.01)(54)发明名称化合物半导体异质结双极晶体管(57)摘要本发明提供一种化合物半导体异质结双极晶体管，包括发射区层及基区层的结构，在将赝晶生长InGaAs用于基区层的GaAsHBT中，降低在发射区层与基区层的界面产生的传导带能垒对作为功率放大器的特性的影响。
第一发明中，将具有CuPt型秩序的InGaP用于发射区层。
第二发明中，使赝晶生长InGaAs基区层的发射区层侧的部分的p型杂质浓度低于集电区层侧。
权利要求书1页 说明书18页 附图27页CN 112242438 A 2021.01.19C N 112242438A1.一种化合物半导体异质结双极晶体管，为包括在GaAs基板上依次形成的集电区层、基区层及发射区层的npn型双极晶体管，其特征在于，所述集电区层、所述基区层及所述发射区层均包含在所述GaAs基板上磊晶生长且实质上并无由晶格失配所致的应变弛豫的化合物半导体层，所述基区层至少包含赝晶生长的InGaAs层，且所述发射区层至少包含具有CuPt型秩序的InGaP层。
2.根据权利要求1所述的化合物半导体异质结双极晶体管，其特征在于，所述具有CuPt型秩序的InGaP层在室温下的带隙处于1.76eV至1.86eV的范围。
3.根据权利要求2所述的化合物半导体异质结双极晶体管，其特征在于，将所述具有CuPt型秩序的InGaP层的组成记述为In i Ga 1-i P时的In含量i处于0.48至0.5的范围。
异质结双极型晶体管HBT研究背景及简介
异质结双极型晶体管HBT研究背景及简介1 HBT概述2 HBT的发展3 HBT的特点4 HBT的电流传输原理5 HBT的主要性能参数电子信息材料产业的技术水平和发展规模，已经成为衡量一个国家经济发展状况、科技进步和国防实力的重要标志。
上世纪中叶，单晶硅和半导体晶体管的发明以及硅集成电路的研制成功，导致了电子工业革命；上世纪70年代初石英光导纤维材料和GaAs激光器的发明，促进了光纤通信技术迅速发展并使人类进入了信息时代。
而超晶格概念的提出及其半导体超晶格、量子阱材料的研制成功，则彻底改变了光电器件的设计思想，使半导体器件的设计与制造从“杂质工程”发展到“能带工程”。
第一代半导体材料以硅为代表。
硅是目前为止人们认识最全面、制造工艺水平最高的半导体材料。
第二代半导体材料以低位错密度的垂直梯度凝固法(VGF)和水平(HB)方法生长的导电GaAs衬底材料为主。
第三代半导体材料以宽禁带半导体材料为代表。
其中GaAs、InP基晶格匹配和应变补偿材料体系发展得相当成熟，已成功地用来制造超高速，超高频微电子器件和单片集成电路。
但是无论是从异质结材料体系设计和生长，器件性能提升，还是器件模型和模拟平台的建立上而言都还处于起步阶段，远未成熟，这其中既有大量的技术问题需要攻关，同时也有大量的基础科学问题亟待解决。
1 HBT概述异质结双极晶体管（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 。
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(Cut-Off Frequency)，这正是异质结在超高速，超高频器件中的优势所在。
工程学概论半导体器件物理基础
三个区域： 饱和区 放大区 截止区 共发射极的直流特性曲线
1
4.1 晶体管的电流增益（放大系数〕
2
共基极直流放大系数和交流放大系数0 、
3
两者的关系
4
共发射极直流放大系数交流放大系数0、
4.晶体管的特性参数
反向漏电流 Icbo：发射极开路时，收集结的反向漏电流 Iebo：收集极开路时，发射结的反向漏电流 Iceo：基极极开路时，收集极－发射极的反向漏电流
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202X
第四章 半导体器件物理基础
01
半导体、N型半导体、P型半导体、本征半导体、非本征半导体
02
载流子、电子、空穴、平衡载流子、非平衡载流子、过剩载流子
03
能带、导带、价带、禁带
04
掺杂、施主、受主
05
输运、漂移、扩散、产生、复合
上一章课的主要内容
据统计：半导体器件主要有67种，另外还有110个相关的变种 所有这些器件都由少数基本模块构成： pn结 金属－半导体接触 MOS结构 异质结 超晶格
N区
P区
空穴：
电子：
P区
N区
扩散
扩散
漂移
漂移
反向电流
反向偏置时的能带图
N区
P区
电子：
扩散
漂移
空穴：
P区
N区
扩散
漂移
反向电流
反向偏置时，漂移大于扩散
5.PN结的特性
单向导电性：
反向偏置
正向偏置
正向导通电压Vbi~0.7V(Si)
反向击穿电压Vrb 正向导通，多数载流子扩散电流 反向截止，少数载流子漂移电流
Cideal
Rp
第四章 半导体异质结
第4章半导体异质结4.1 半导体异质结界面4.2 半导体异质结的能带突变4.3 半导体异质结的能带图4.1 半导体异质结界面半导体异质结概念同质结（p-n结）：在同一块单晶材料上，由于掺杂的不同形成的两种导电类型不同的区域，区域的交接面就构成了同质结。
若形成异质结的两种材料都是半导体，则为半导体异质结。
若一方为半导体一方为金属，则为金属－半导体接触，这包括Schottky结和欧姆接触。
1957年，德国物理学家赫伯特.克罗默指出有导电类型相反的两种半导体材料制成异质结，比同质结具有更高的注入效率。
1960年，Anderson制造了世界上第一个Ge－GaAs异质结。
1962年，Anderson提出了异质结的理论模型，他理想的假定两种半导体材料具有相同的晶体结构，晶格常数和热膨胀系数，基本说明了电流输运过程。
1968年美国的贝尔实验室和苏联的约飞研究所都宣布做成了GaAs-AlxGa1-xAs双异质结激光器。
在70年代里，金属有机物化学气相沉积（MOCVD）和分子束外延(MBE)等先进的材料成长方法相继出现，使异质结的生长日趋完善。
半导体异质结分类1.根据半导体异质结的界面情况，可分为三种：（1）晶格匹配的异质结。
300K时，如：Ge/GaAs(0.5658nm/0.5654nm)GaAs/AlGaAs（0.5654nm/0.5657nm）、InAs/GaSb（0.6058nm/0.6095nm）（2）晶格不匹配的异质结（3）合金界面异质结2.根据过渡空间电荷分布情况及过渡区宽度的不同：（1）突变异质结：在不考虑界面态的情况下，从一种半导体材料向另一种半导体材料的过渡只发生于几个原子距离（≤1μm）范围内。
（2）缓变异质结：在不考虑界面态的情况下，从一种半导体材料向另一种半导体材料的过渡发生于几个扩散长度范围内。
3.根据构成异质结的两种半导体单晶材料的导电类型：（1）反型异质结：由导电类型相反的两种半导体单晶材料所形成的异质结。
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图4.9 双异质结的能带（发射区和 集电区都采用宽带隙半导体）
化合物半导体器件
第四章 异质结双极型晶体管
• • • • HBT的基本结构 HBT的增益 HBT的频率特性 先进的HBT
化合物半导体器件
4.4 先进的HBT
4.4.1 硅基HBT-SiGe HBT 1、SiGe HBT的优点 2、SiGe HBT的结构特点
EgE EgB N E Eg NE exp exp NB k T N k T 0 B 0
图4.2 (b) 渐变发射结HBT的能带图
化合物半导体器件
4.1 HBT的基本结构
4.1.3 缓变（渐变）发射结HBT
⑤频率特性：
fT 1 2 ( E B C d )
4.1.1 HBT的基本结构与特点 ④HBT的典型异质结构：
a.突变发射结； b.缓变发射结； c.缓变发射结，缓变基区； d.突变发射结，缓变基区。
⑤HBT的特性：（与BJT 相比）
a.高注入比； b.高发射效率； c.高电流增益； d.高频、高速度。
HBT的典型结构图
化合物半导体器件
4.1 HBT的基本结构
例如，AlGaAs/AsGa开关 晶体管的τb ： ①比合金扩散结晶体管快5倍 ②比Si BJT快8倍。
缓变基区HBT能带
减小τb的方法：组分渐变的基区（ν=μE )
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4.3 HBT的频率特性
4.3.3 宽带隙集电区
好处： ①可阻止空穴从基区向集电区注入； ②增大了击穿电压； ③减小了漏电流。
共射极：
1
1 1 DEWB pE 0 DEWB N B 1 1 1 J nE D W N D W n B E E B E B0 EgE EgB N E Eg NE exp exp NB k0T N B k0T
Bipolar Transistor，异 质结双极晶体管
②HBT的能带结构特点：
a.宽禁带的e区： 利于提高γ； b.窄禁带的b区： Eg小于b、c区； c.pn结： 异质的eb结； 同质或异质的cb结。
③HBT的基本结构
图4.1 npn HBT结构的截面图
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4.1 HBT的基本结构
化合物半导体器件
Compound Semiconductor Devices
微电子学院
戴显英
2010.5
化合物半导体器件
第四章 异质结双极型晶体管
• • • • HBT的基本结构 HBT的增益 HBT的频率特性 先进的HBT
化合物半导体器件
4.1 HBT的基本结构
4.1.1 HBT的基本结构与特点 ①HBT:Heterojunctiong
SiGe HBT的缓变发射结 和缓变基区能带图
n-p-n Si/SiGe/Si HBT的器件结构
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4.4 先进的HBT
4.4.1 硅基HBT-SiGe HBT 3、应变Si1-xGex 材料的特性
图 4.10 Si1-xGex的临界厚度与Ge组分的关系
应变Si1-xGex带隙与组分的关系
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4.4 先进的HBT
4.4.1 硅基HBT-SiGe HBT 4、SiGe HBT的电学特性
不同Ge组分x时，SiGe HBT的IC-VBE
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4.3 HBT的频率特性
4.3.1 最大振荡频率fmax
f max
fT
1 1 fT f C 2 2
1 2 ( E B C d )
1 fC 2 RbCe
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4.3 HBT的频率特性
4.3.2 开关时间τb
WB2 b 2Dn
图4.5 npn HBT中的载流子输运示意图
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4.2 HBT的增益
4.2.3 HBT增益与温度的关系
图4.7 不同温度下电流增益(β= IC/ IB ) 与集电极电流的关系
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第四章 异质结双极型晶体管
• • • • HBT的基本结构 HBT的增益 HBT的频率特性 先进的HBT
①缓变发射结： ②缓变基区： ③自建电场：
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4.1 HBT的基本结构
4.1.3 缓变发射结、缓变基区 4.1.4 缓变（渐变）HBT HBT
④速度过冲；⑤基区渡越时间；⑥电流增益； ⑦缓变基区的作用；⑧缓变基区的形成
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4.1 HBT的基本结构
4.1.5 突变发射结、缓变基区HBT
①两个重要的影响因素： ②总的τB： ③ΔEC和ΔEgB要适中： ④νd与ΔEC和ΔEgB的关系 ： ⑤电流增益：化 Nhomakorabea物半导体器件
第四章 异质结双极型晶体管
• • • • HBT的基本结构 HBT的增益 HBT的频率特性 先进的HBT
化合物半导体器件
4.2 HBT的增益
4.2.1 理想HBT的增益
4.1.2 突变发射结HBT ①器件特点：
基区渡越初始速度高
②基区输运模型：
弹道式渡越
③晶格散射的影响： ④电流增益β：
高的β
⑤ΔEc：
应小于基区导带的 能谷差EL-EΓ
图4.2 (a) 突变发射结HBT的能带图图
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4.1 HBT的基本结构
4.1.3 缓变（渐变）发射结HBT
①电流输运：扩散模型 ②发射极电流： ③发射效率： ④电流增益：
若Δ Eg=0.2eV，与相同掺杂(NE/NB相同）的BJT相比，则 HBT的β 提高了2191倍
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1 J pE
4.2 HBT的增益
4.2.2 考虑界面复合后HBT的增益
1）界面态的影响：引起复合电流Ir
2）发射极电流Ie：Ie=In+Id+Ip 3）基极电流Ib：Ib=Ip+Id+Ir 4）收集极电流Ic：Ic=In-Ir 5）共射极增益：β =In/Id 6）复合电流的影响：
f max
1 1 fT f C 2 2
• τE为发射结电容充放电时间； • τB为渡越基区的时间； • τC为集电结电容的充放电时间； • τd为集电结耗尽层渡越时间（信号延迟时间）。 小信号下影响fT的主要因素：
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4.1 HBT的基本结构
4.1.4 缓变发射结、缓变基区HBT