微电子技术前沿

异质结双级晶体管的结构特点
具有宽带隙的发射 区大大提高了发射结 的载 流子注入效率


功率密度高 相位噪声低线性度
好
ＨＢＴ结构图解
HBT适用范围:
低相位噪声振荡器 高效率功率放大器 宽带放大器
SiGeHBT水平结构图
GaSeHBT结构图
微电子技术前沿— 微电子中的人类智慧（一）
深掏滩，低垒堰
云盘山--三星堆--金沙--望帝/从帝--都江堰 古蜀文化是人类文明的宝贵财富
因势利导，化不利为有利--造就了成都平原 的富庶 在微电子技术中，到处闪耀着人类智慧
微电子技术前沿— 微电子中的人类智慧（一）
能攻心则侧反自消,自古知兵非好战 不审势则宽严皆误,后来治蜀要深思
2.消除寄生BJT对MOS器件耐压的影响 由于寄生双极晶体管的存在，使得MOSFET的源 漏击穿电压BVDS由寄生BJT的BVCEO决定。 寄生BJT的BVCBO与BVCEO之间的关系为：
BV CEO
BV CBO

SiGe发射区HBT的应用 1). SiGe源区功率MOS/IGBT 2). SiGe源区CMOS 3). SiGe阳极LIGBT 4). SiGe快恢复二极管



异质结能带图
双极型晶体管
BJT中的矛盾
如果想↑f，需↓Wb，而Wb ↓⇒穿通电压↓和厄 利电压↓。
如果想↑ β,需↑Ne和 ↓Nb； ↓Nb与↓ Wb有同样 问题，↑Ne受禁带变窄效应限制。 HBT可解决上述矛盾。注入效率足够高⇒ Wb ↓而不穿通⇒f ↑。
用异质结改进BJT

在异质结中，由于基区带隙变窄，使得发射区 与基区的导带距离缩小，发射区的电子从发射 区的导带跃迁到基区的导带所需的能量更少， 更有利于发射区电子的注入。 同时由于发射区与基区的价带距离变大，空穴 从基区的价带跃迁发射区的价带将需要用去更 大的能量，从而有效的防止基区的空穴反注入 发射区，提高了电流放大倍数β的值。

通过使用HBT尽管得到近似于BJT基极 一样的电流，但集电极电流由于窄带 隙的作用增大了很多倍。相应的模拟 参数厄利电压（VA）也得到了大幅度 地提高，从而导致βVA模拟参数迅速 增加。至于频率特性，由于异质结的 作用而导致基区转移时间以及发射区 转移时间的下降，所以即使在很低的 基极电流下也可以得到很高的截止频 率（fT）。最大振荡频率（fM）与集 电极、基极电容（Cjb）以及基区电 阻有关，为了提高最大振荡频率，集 电极、基极电容可以通过适当的集电 极掺杂和减少发射区的宽度（典型的 低于1μm）, 基区电阻降低可以通过自 对准工艺来实现。
本课尝试： 1. 介绍有关微电子技术的更广泛的知识 2. 介绍一些重要器件与电路发明的思路 希望大家不仅仅是从专业上理解本课内容
微电子中的人类智慧（一）
SiBiblioteka Baidue源区
SiGe漏区
Si衬底
窄禁带异质源漏区MOSFET结构
SiGe源漏区MOSFET带来的器件性能改善
1.消除闭锁效应
闭锁条件： βPNP* βNPN≧1
HBT的背景

普通双极型晶体管要作到超高速和超高频一般是 较困难的超高速晶体管应当是发射区掺杂浓度低, 基区掺杂浓度高,而且hFE也适当高的一种晶体管
采用禁带较基区材料要宽的半导体做发射区,能做 出超高速,超高频的双极晶体管

半导体异质结

由两种基本物理参数不同的半导体单晶材料构成 的晶体界面(过渡区)

不同物理参数包括:禁带宽度(Eg),功函数,电子亲和 势,介电常数等
基区材料要禁带较宽的半导体做发射区
根据半导体材料禁带宽度的不同，可分为宽禁带 半导体材料与窄禁带半导体材料。 若禁带宽度Eg＜2ev（电子伏特），则称为窄禁带 半导体； 若禁带宽度Eg=2.0--6.0ev，则称为宽禁带半导体。 宽禁带半导体材料具有禁带宽度大、击穿电场强 度高、饱和电子漂移速度高、热导率大、介电常 数小、抗辐射能力强以及良好的化学稳定性等特 点，非常适合于制作抗辐射、高频、大功率和高 密度集成的电子器件

用异质结改进BJT

即使基区掺杂浓度NB比发射区杂质浓度NE高 得多，指数因子仍然可以使HBT具有足够的电 流放大倍数。高的基区掺杂还有利于减小基区 方块电阻；同时，通过降低基区厚度，还可降 低基区渡越时间。 如果在基区通过浓度的缓变，基区将会形成能 带弯曲，产生新的梯度场，这样发射区注入的 电子在基区不仅有扩散速度，而且具有基区梯 度场所引起的漂移速度，从而大大的加快了电 子的输送速度，也就使得β达到一个更大的值。

HBT
Heterojunction Bipolar Transistor
异质结双极型晶体管
HBT的背景


随着现在微波通讯技术的不断发展，人们要 求通讯频及带宽越来越高。同时，也在不断 寻找低功耗、低成本、低噪声的器件。 当前，Si器件技术占据大规模集成电路的主 流，其价格低廉、集成度高、技术成熟，但 是由于通讯频率的不断升高，客观上要求Si 器件越做越小，这在一定程度上受到技术和 设备的限制，因此寻找新的器件材料成为迫 切的要求。

窄禁带异质源漏区MOSFET的寄生BJT的发射极为 异质结，其异质结的β与同质结β的关系为：
异 同 exp( Eg / KT )
从上看出，窄禁带异质材料的禁带越窄与相对应 的衬底材料的禁带宽度差ΔEg就越大，其 异 就会越 小。由此可得出，窄禁带异质发射结具有低β的特 点。