西安电子科技大学化合物半导体材料与器件课件第四章 异质结双极型晶体管.pptx

西安电子科技大学化合物半导体材料与器件课件第四章 异质结双极型晶体管.pptx

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化合物半导体器件,化合物半导体器件,CompoundSemiconductorDevices微电子学院戴显英2014.9,第四章异质结双极型晶体管,化合物半导体器件,HBT的基本结构HBT的增益HBT的频率特性先进的HBT,4.1HBT的基本结构,点,：

HBT的基本结构,图4.1npnHBT结构的截面图,化合物半导体器件,4.1.1HBT的基本结构与特HBT:

HeterojunctiongBipolarTransis异to质r，结双极晶体管HBT的能带结构特点宽禁带的e区：

利于提高；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。

4.1HBT的基本结构,4.1.1HBT的基本结构与特点HBT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。

HBT的特性：

（与BJT相比）高注入比；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,4.1HBT的基本结构,4.1.2突变发射结HBT器件特点：

基区渡越初始速度高基区输运模型：

弹道式渡越晶格散射的影响：

电流增益：

高的Ec：

应小于基区导带的能谷差EL-E图4.2（a）突变发射结HBT的能带图图,化合物半导体器件,4.1HBT的基本结构,4.1.3缓变（渐变）发射结HBT电流输运：

扩散模型发射极电流：

发射效率：

电流增益：

图4.2（b）渐变发射结HBT的能带图,化合物半导体器件,4.1HBT的基本结构,4.1.3缓变（渐变）发射结HBT频率特性：

化合物半导体器件,E为发射结电容充放电时间；B为渡越基区的时间；C为集电结电容的充放电时间；d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：

4.1HBT的基本结构,4.1.4缓变发射结、缓变基区HBT缓变发射结：

缓变基区：

自建电场：

化合物半导体器件,4.1HBT的基本结构,4.1.34缓变（发渐射变结）、缓HB变T基区HBT速度过冲；基区渡越时间；电流增益；缓变基区的作用；缓变基区的形成,化合物半导体器件,4.1HBT的基本结构,4.1.5突变发射结、缓变基区HBT两个重要的影响因素：

总的B：

EC和EgB要适中：

d与EC和EgB的关系：

电流增益：

化合物半导体器件,第四章异质结双极型晶体管,化合物半导体器件,HBT的基本结构HBT的增益HBT的频率特性先进的HBT,4.2HBT的增益,4.2.1理想HBT的增益共射极：

化合物半导体器件,若Eg=0.2eV，与相同掺杂（NE/NB相同）的BJT相H比BT，的则提高了2191倍,4.2HBT的增益,4.2.2考虑界面复合后HBT的增益发射结界面态的影响：

引起复合电流Ir（在基区）发射极电流Ie：

Ie=In+Id+Ip基极电,图4.5npnHBT中的载流子输运示意图,化合物半导体器件,流Ib：

Ib=Ip+Id+Ir,收集极电流Ic：

Ic=In-Ir共射极增益：

=/1-In/Id复合电流的影响：

4.2HBT的增益,4.2.3HBT增益与温度的关系,图4.7不同温度下SiGeHBT电流增益（=IC/IB）与集电极电流的关系,化合物半导体器件,第四章异质结双极型晶体管,化合物半导体器件,HBT的基本结构HBT的增益HBT的频率特性先进的HBT,4.3HBT的频率特性,4.3.1最大振荡频率fmax,截止频率（特征频率）fT：

共发射极电流增益为1（0dB）时的频率最大振荡频率fman：

晶体管具有功率放大作用的极限频率，即晶体管功率增益下降为1（输出功率=输出功率）时的频率。

化合物半导体器件,4.3HBT的频率特性,4.3.2开关时间b,例如，AlGaAs/GaAs开关晶体,管的b：

比合金扩散结晶体管快5倍比SiBJT快8倍。

减小b的方法：

组分渐变的基区（=E）,缓变基区HBT能带,化合物半导体器件,4.3HBT的频率特性,4.3.3宽带隙集电区好处：

可阻止空穴从基区向集电区注入；增大了击穿电压；减小了漏电流。

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,化合物半导体器件,HBT的基本结构HBT的增益HBT的频率特性先进的HBT,4.4先进的HBT,4.4.1硅基HBT-SiGeHBT1、SiGeHBT的优点2、SiGeHBT的结构特点,SiGeHBT的缓变发射结和缓变基区能带图,n-p-nSi/SiGe/SiHBT的器件结构,化合物半导体器件,4.4先进的HBT,图4.10Si1-xGex的临界厚度与Ge组分的关系,4.4.1硅基HBT-SiGeHBT3、应变Si1-xGex材料的特性,应变Si1-xGex带隙与组分的关系,化合物半导体器件,4.4先进的HBT,4.4.1硅基HBT-SiGeHBT4、SiGeHBT的电学特性,不同Ge组分x时，SiGeHBT的IC-VBE,SiGeHBT和SiBJT的IC、IB与VBE的关系,化合物半导体器件,4.4先进的HBT,4.4.1硅基HBT-SiGeHBT5、SiGeHBT的频率特性,SiGeHBT与SiBJT的fT与Ic电流关系,化合物半导体器件,4.4先进的HBT,4.4.2-族化合物基HBT1、GaAs系：

AlGaAs/GaAsHBT优点：

晶格常数接近；即可突变结，也可缓变结。

2、InAs系：

AlInAs/InGaAsHBT优点：

更高的电子速度；较低的发射极-基极开启电压：

适于高速、低功耗电路；较好的噪声特性。

3、InP系：

InGaAs/InPHBT优点：

较低的表面复合；n较GaAs系高得多?

；击穿电压较GaAs系高?

；集电极比GaAs系具有更高的漂移速率。

化合物半导体器件,