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1951年,Shockley针对普通双极晶体管较难做到超高频、超高速的问题,提出了宽带隙发射区的概念。1957年,Kroemer根据扩散模型分析了宽带隙发射区对提高电流放大系数的作用。上世纪70年代中期,随着MBE和MOCVD技术的发展,制作出了性能良好的AlGaAs/GaAs异质结双极型晶体管。目前,HBT在低相位噪声振荡器、高效率功率 异质结双极晶体管类型很多,主要有以下几种: 1、SiGe异质结双极晶体管 2、GaAlAs/GaAs异质结晶体管 3、NPN型InGaAsP/InP异质结双极晶体管 4、NPNAlGaN/GaN异质结双极晶体管等。 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。 异质结双极性二极管(HBT)的能带间隙在一定范围内可以任意设计,从这器件各区带隙宽度变化角度出发,可以考虑如下几种情况: 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(图1)。图中N代表能带宽的区域。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。
(1)宽带隙发射区结构(2)缓变基区结构(3)宽带隙集电区结构(4)缓变集电区结构
从器件高速性能设计角度考虑,HBT有代表性的四种结构为:
(1)突变发射结结构(2)缓变发射结结构(3)缓变发射结、缓变基区结构(4)突变发射结、缓变基区结构
图2为典型的NPN台面型GaAlAs/GaAs异质结晶体管的结构和杂质剖面图。这种“反常”的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)。
除了NPN型GaAs宽发射区管外,还有双异质结NPN型GaAs管、以金属做收集区的NPM型GaAs和PNP型GaAs管等。另一类重要的异质结晶体管是NPN型InGaAsP/InP管。InGaAsP具有比GaAs更高的电子迁移率,并且在光纤通信中有重要应用。异质结晶体管适于作微波晶体管、高速开关管和
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