现代硅双极晶体管的发展历史和未来前景

现代硅双极晶体管的发展历史和未来前景

本文主要讲解了硅双极晶体管的发展历史，介绍了从传统晶体管到现代的先进晶体管的结构及其所用技术优缺点。并在文章最后比较了两种先进晶体管（SiGe-base双极晶体管和GaAs HBT）。双极晶体管历史：发明于1947年，经过1950到1960的高速发展期，到20世纪70年代中期硅双极技术被普遍认为是成熟的。1977年一月IBM在IBM的T.J.华盛顿研究中心成立了探索双极器件和电路的研究小组。

传统双极晶体管：本文简单介绍了其生成工艺，原理和限制。传统双极晶体管不能扩展到薄层基区宽度由于集电极和发射极的击穿问题；由于内基区和外基区掺杂是在同一步骤导致难以同时优化两个区域；大面积的集电极导致了大的寄生电容；过大的器件面积导致晶体管不适于密集的存储应用。

先进晶体管的发展：IBM团队目标是制造能缩小到小规模的高性能晶体管，他们认为先进晶体管应具有以下特征：

1 自对准多晶硅基极接触工艺

按照这种自对准工艺，栅与源和漏的覆盖由杂质侧向扩散完成，比铝栅工艺的覆盖电容要小很多。采用离子注入掺杂工艺的杂质侧向扩散更小，用它代替硅栅工艺中的热扩散工艺，能进一步减小栅对源和漏的覆盖电容。

2 多晶硅发射极接触工艺

多晶硅发射极接触工艺能在提高电流增益的同时而不影响其速度，这意味着我们能制造更窄的发射级晶体管的同时不减小其电流增益。3采用多晶硅作为发射极

可获得较薄的结深，同时可减小发射极的寄生参数，从而提高晶体管的速度性能

4 双极晶体管的设计原则，比例缩放和基底集电极

缩放比例理论能帮助我们理解小规模双极晶体管的限制，基底集电极能在增加集电极掺杂浓度的同时减小集电结电容，可通过离子注入来生成。

5 深槽隔离工艺

包括深槽隔离、深槽填充和表面平整化三个主要工艺步骤，其主要优点表现为隔离区所占面积小，可有效减小收集极一衬底结电容。

两种先进晶体管

SiGe-base双极晶体管不是真正的异质结晶体管，相反它是能级带隙的。于Si-base晶体管相比它提供了在模拟和高频应用上器件参数的很大提高。

GaAs HBT对比于SiGe-base双极晶体管有更小的C dBE，且基区电阻小10倍，所以在相同集电极电流下，GaAs HBT的截至频率和最大振荡频率更高。且在相同要求的击穿电压下，GaAs HBT能设计更大的集电极电流密度，即能缩小到更小的规模。而SiGe-base双极晶体管

真正的好处就是他对硅VLSI工艺的兼容性。如果大量生产，

SiGe-base双极晶体管的花费更小。且能更容易于CMOS器件整合到一块芯片上生产SiGe-base Bi-CMOS。

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