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异质结双极型晶体管
阅读:123时间:2020-10-10 17:27:40

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。W.B.肖克莱于1951年提出这种晶体管的概念。70年代中期,在解决了砷化镓的外延生长问题之后,这种晶体管才得到较快的发展。最初称为“宽发射区”晶体管。其主要特点是发射区材料的禁带宽度EgE大于基区材料的禁带宽度EgB。

简介

    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。
    对于一般的BJT,为了进一步提高频率和速度,就要求减小基极电阻、减小发射结电容和减小寄生电容。而一般的BJT,为了提高注射效率, 需要尽可能降低基区掺杂浓度NB和提高发射区掺杂浓度NE,使比值 (NB/NE) 降低;
    但是由于发射区重掺杂会引起禁带宽度变窄和Auger复合显著, 反而使注射效率降低,同时也会使发射结电容增大;而且基区掺杂浓度也不能太低,否则会使基极电阻增大。所以采用降低比值(NB/NE)的方法来提高发射结注射效率的作用是很有限的,而且提高放大能力与提高频率和速度是互相矛盾的。
    也因此一般的BJT在实现超高频、超高速上遇到了不可克服的困难。而异质结BJT(HBT)是一种新型结构的重要器件,它克服了频率、速度与放大系数之间的矛盾,从而可实现超高频和超高速。

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