第十三讲——异质结双极型晶体管

微电子器件_电子科技大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.线性缓变结的耗尽层宽度正比于【图片】。

参考答案:正确2.反向偏置饱和电流可看成是由中性区内少数载流子的产生而导致的。

参考答案:正确3.减薄p+n突变结的轻掺杂区厚度，不但能减少存储电荷，还能降低反向抽取电流。

参考答案:错误4.在异质结双极型晶体管中，通常用（）。

参考答案:宽禁带材料制作发射区，用窄禁带材料制作基区5.( )的集电结反向电压VCB称为共基极集电结雪崩击穿电压，记为BVCBO。

参考答案:发射极开路时，使6.【图片】对高频小信号注入效率的影响的物理意义是，【图片】的存在意味着【图片】必须先付出对势垒区充放电的多子电流【图片】后，才能建立起一定的【图片】。

这一过程需要的时间是（）。

参考答案:发射结势垒电容充放电时间常数7.某长方形扩散区的方块电阻为200Ω，长度和宽度分别为100μm和20μm，则其长度方向的电阻为（）。

参考答案:1KW8.要提高均匀基区晶体管的电流放大系数的方法（）。

参考答案:减小基区掺杂浓度_减小基区宽度9.防止基区穿通的措施是提高（）。

参考答案:增大基区宽度_增大基区掺杂浓度10.从发射结注入基区的少子，由于渡越基区需要时间tb ，将对输运过程产生三方面的影响( )。

参考答案:时间延迟使相位滞后_渡越时间的分散使减小_复合损失使小于111.晶体管的共发射极输出特性是指以输入端电流【图片】作参量，输出端电流【图片】与输出端电压【图片】之间的关系。

参考答案:正确12.电流放大系数与频率成反比，频率每提高一倍，电流放大系数下降一半，功率增益降为四分之一。

参考答案:正确13.特征频率【图片】代表的是共发射极接法的晶体管有电流放大能力的频率极限，而最高振荡频率【图片】则代表晶体管有功率放大能力的频率极限。

参考答案:正确14.模拟电路中的晶体管主要工作在（）区。

参考答案:放大15.共发射极电路中，基极电流IB是输入电流，集电极电流IC是输出电流。

异质结双极晶体管引言异质结双极晶体管（Heterojunction Bipolar Transistor，简称HBT）是一种基于两种或多种不同半导体材料的双极晶体管。

它相比于传统的同质结双极晶体管，在性能上有明显的优势，广泛应用于微波、光电子、通信等领域。

本文将对异质结双极晶体管的原理、结构、特性和应用进行详细的探讨。

I. 异质结双极晶体管的原理异质结双极晶体管的基本原理是基于不同半导体材料之间形成的异质结。

通过巧妙的结构设计，可以实现载流子在不同材料之间的高效传输和控制。

异质结双极晶体管的工作原理可分为以下几个方面：1. 异质结的能带差异异质结由两种或多种不同的半导体材料构成，具有不同的禁带宽度。

当两种材料接触时，由于能带差异的存在，会在界面形成电子能级弯曲。

这种电子能级弯曲导致在异质结界面形成空间电荷区，这种电荷区域将影响载流子的传输和控制。

2. 异质结的电荷分布由于异质结的带边弯曲，会形成空间电荷区，其中包含正负电荷。

这种电荷区域的存在改变了材料内部的电子和空穴浓度分布，从而影响异质结附近的电子和空穴输运过程。

3. 异质结的能带弯曲控制异质结双极晶体管通过精确定义异质结的结构和厚度，可以有效地控制能带弯曲和空间电荷区的形成。

通过这种控制，可以实现载流子的选择性注入和传输，从而实现晶体管的放大作用。

II. 异质结双极晶体管的结构异质结双极晶体管的结构与传统的同质结双极晶体管有所区别。

它包括以下几个主要部分：1. 基区异质结双极晶体管的基区是由两种不同材料的异质结构成的，其中一种材料具有较宽的禁带，称为宽禁带材料；另一种材料具有较窄的禁带，称为窄禁带材料。

宽禁带材料的电子亲和能小于窄禁带材料，因此宽禁带材料中的电子会通过异质结注入到窄禁带材料中。

2. 发射区异质结双极晶体管的发射区是负责注入电子到基区的部分。

通常在发射区引入P型材料，通过预制N型材料的P-N结，形成发射结。

3. 收集区异质结双极晶体管的收集区是负责收集注入到基区的载流子的部分。

sige异质结双极晶体管
一、概述
sige异质结双极晶体管是一种具有特殊结构的晶体管，由半导体异质材料组成，具有高速、高效、高温等优点。

由于其独特的结构和工作原理，sige异质结双极晶体管在许多领域都有广泛的应用，如通信、雷达、电子对抗、高速数字电路等。

二、结构和工作原理
sige异质结双极晶体管由三个区域组成：发射区、基区和收集区。

其中，发射区和收集区通常采用n型半导体材料，基区采用p型半导体材料。

在结构上，sige异质结双极晶体管采用了异质结结构，即将两种不同的半导体材料结合在一起，形成一个共同的界面。

当sige异质结双极晶体管工作时，电流通过基区的空穴传输，并在基区的两侧积累电荷。

由于基区的宽度较小，空穴传输速度较快，因此sige异质结双极晶体管具有较高的开关速度。

同时，由于异质结结构的存在，sige异质结双极晶体管还具有较低的串联电阻和较高的电流增益。

三、应用领域
1.通信领域：sige异质结双极晶体管的高开关速度和高温稳定性使其成为通
信领域的理想选择。

它可以用于高速调制解调器、宽带放大器、卫星通信系统等。

2.雷达和电子对抗领域：sige异质结双极晶体管的宽带放大和高速开关特性
使其在雷达和电子对抗领域中得到广泛应用。

它可以用于雷达信号放大、干扰器、高速采样等。

3.高速数字电路领域：sige异质结双极晶体管的高开关速度和高速放大特性
使其成为高速数字电路领域的理想选择。

它可以用于高速逻辑门、触发器、寄存器等。

双极型晶体管电子和空穴两种载流子都起作用的晶体管，又称结型晶体管。

1948年，人们发现原始的点接触晶体管具有放大作用,但由于金属丝与晶体表面的接触很不可靠,因此使用受到很大限制。

1950年，用切克劳斯基法拉出锗单晶，接着又拉出硅单晶。

1951年发展锗的区域提纯技术和硅的无坩埚区域提纯技术,获得纯度达99.999999％的锗、硅单晶。

在PN结理论发展的基础上，加上锗材料、硅材料制备技术的进展，1951年用合金法制成合金结晶体管。

1955年杂质向半导体中扩散的新技术得到发展，1956年制成扩散型晶体管，使晶体管的工作频率提高两个数量级。

1959年硅表面热生长二氧化硅工艺和光刻技术的发展，促使1960年研制成功平面型晶体管。

由于晶体管表面有了钝化层，使器件的稳定性大为提高。

平面技术为集成电路和大规模集成电路的研究打下基础。

基本结构双极型晶体管有两种基本结构;PNP型和NPN型（图1），由两个背靠背的PN结组成。

在这三层半导体中,中间一层叫基区(B)，左右两层分别叫发射区(E)和集电区(C)。

发射区和基区间形成发射结，集电区和基区间形成集电结。

晶体管按功率耗散能力大小可分为小功率管、中功率管、大功率管。

按工作频率的高低可分为低频管、高频管、微波管。

按制造工艺又可分为合金管、合金扩散管、台式管、外延平面管（图2）。

合金管的基区宽度和结电容都较大,频率性能差,一般仅用于低频电路。

合金扩散管的基区由扩散形成,基区较薄,基区杂质分布所形成的内建场能加速少数载流子渡越，因此它的频率特性较好，可用于高频范围。

外延平面管的基区和发射区都可用扩散或离子注入工艺形成，基区宽度可精确控制到 0.1微米。

采用电子束曝光、干法腐蚀等新工艺可获得亚微米的管芯图形线条。

因此，它的工作频率可从超高频一直延伸到微滤 X波段。

外延平面管加上掺金工艺可制成超高速开关管和各种高速集成电路（如ECL电路）。

放大作用对于 NPN晶体管共发射极电路，若在发射结上加正偏压，在集电结上加负偏压，则晶体管处于放大状态。

锗硅异质结双极晶体管概述及解释说明1. 引言1.1 概述锗硅异质结双极晶体管（Germanium-Silicon Heterojunction Bipolar Transistor，简称GeSi HBT）是一种重要的半导体元件，其特点在于将锗和硅这两种不同材料组成异质结，以取得优异的性能和应用效果。

由于GeSi HBT具有高速度、低噪声、低功耗等优势，在通信、微电子学和射频电子学等领域被广泛应用。

1.2 文章结构本文将对锗硅异质结双极晶体管进行详细的介绍和解释说明。

首先，在引言部分概述了该主题的研究背景与意义，并介绍了文章的整体结构。

接着，第二部分将详细介绍GeSi HBT的原理和工作原理，以便读者能够理解其基本工作方式。

第三部分将回顾GeSi HBT发展历程，从初期研究到现阶段的技术突破和应用情况进行梳理，并展望其未来前景。

第四部分将介绍GeSi HBT的制备方法与工艺流程，包括材料选择、加工工艺流程介绍以及结构参数优化和工艺改进等内容。

最后，第五部分将对全文进行总结并提出未来的发展方向和实际应用推广建议。

1.3 目的本文旨在全面介绍锗硅异质结双极晶体管的原理、特点、制备方法以及其在不同领域的应用情况，以帮助读者深入了解该技术，并推动其在科学研究和工程应用中得到更广泛的应用。

通过对GeSi HBT发展历程的回顾，我们可以总结经验教训，并展望未来的研究方向和技术突破点，从而为相关领域研究人员提供有益的指导和参考。

同时，我们也将提出一些建议，以促进锗硅异质结双极晶体管的实际应用推广。

2. 锗硅异质结双极晶体管2.1 原理介绍锗硅异质结双极晶体管是一种利用不同半导体材料构成的异质结的双极晶体管。

它采用了锗和硅这两种特定的半导体材料作为其结构组件，利用锗和硅之间的能带差异以及异质结界面的特性来实现电子器件的功能。

在锗硅异质结双极晶体管中，通常使用p型锗作为基底材料，而n型硅则被用作活性层。

这样的材料选择可以使得电子在两个不同的能带结构中运动，从而产生许多有趣且独特的效应。

异质结双极晶体管HBT异质结双极晶体管（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。

W.B.肖克莱于1951年提出这种晶体管的概念。

它是由发射区、基区和收集区由禁带宽度不同的材料制成的晶体管。

它最初称为“宽发射区”晶体管，直到70年代中期，这种晶体管才得到较快的发展。

异质结双极晶体管的特点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。

异质结双极晶体管的结构分析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。

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。

典型的NPN台面型GaAlAs/GaAs异质结晶体管的结构和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)。

sige异质结双极晶体管(hbt)的优势、典型器件结构; 1. 引言1.1 概述SiGe异质结双极晶体管（HBT）是一种重要的半导体器件，在现代电子技术领域中广泛应用。

它利用硅基材料和锗基材料之间的异质结构，以实现高性能、低功耗和低噪声操作。

SiGe HBT具有多种优势，使其成为射频放大器、通信系统和无线传感器等领域中首选的器件。

1.2 文章结构本文将围绕SiGe异质结双极晶体管的优势及其典型器件结构展开详细的讨论。

首先，我们将介绍SiGe HBT在高频性能、低噪声性能和功耗方面所具备的优势。

然后，我们将探讨SiGe HBT的典型器件结构，包括基本结构、发射极电阻调制技术以及直接注入发射器结构设计。

进一步，本文将通过分析通信领域中的应用案例来展示SiGe HBT在小信号放大器设计、高速数字通信系统和无线通信系统等方面带来的重要价值。

最后，我们将总结SiGe HBT的优势和典型器件结构特点，并展望未来SiGe HBT技术的发展方向和应用前景。

1.3 目的本文的目的在于全面介绍SiGe异质结双极晶体管的优势及其典型器件结构，以帮助读者更好地了解并应用这一重要的半导体器件。

通过深入研究SiGe HBT所具备的高频性能、低噪声性能和功耗优势，读者将对其在通信领域中的广泛应用有更清晰的认识。

同时，通过对典型SiGe HBT器件结构和案例分析的介绍，读者将学习到如何设计和优化SiGe HBT在不同通信系统中的应用。

最终，本文旨在为SiGe HBT技术的未来发展提供有益的见解，并展示其潜在的应用前景。

2. SiGe异质结双极晶体管(HBT)的优势：SiGe异质结双极晶体管(HBT)是一种高性能的半导体器件，具有多项优势，使其成为许多领域的重要选择。

以下是SiGe HBT的主要优势：2.1 高频性能优势：SiGe HBT具有卓越的高频性能，特别适用于射频和微波电路设计。

相比于传统的硅晶体管，SiGe HBT具有更高的截止频率（fT）和最大振荡频率（fmax），这使得它可以在更高的频段范围内工作。

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。

异质结双极晶体管一、概述异质结双极晶体管（Heterojunction Bipolar Transistor，简称HBT）是一种新型的双极晶体管。

它是在不同材料的半导体结合处形成的异质结上制成的。

相比于传统的双极晶体管，HBT具有更高的频率响应和更低的噪声系数。

二、原理HBT采用了异质结技术，即将不同材料的半导体材料在界面处形成异质结。

这样，在p型区和n型区之间就会形成一个更加陡峭的pn结，从而使得电流能够更加快速地通过。

此外，由于异质结能够提供一个更好的载流子注入区域，因此HBT具有更高的电流增益。

三、结构HBT由三个区域组成：发射区、基区和集电区。

1. 发射区发射区通常是由n型半导体材料制成。

它是整个器件中最薄且最窄的部分。

发射区主要用于注入少数载流子，并将其输送到基区。

2. 基区基区通常是由p型半导体材料制成。

它是整个器件中最厚的部分。

基区主要用于控制电流的流动，从而实现放大功能。

3. 集电区集电区通常是由n型半导体材料制成。

它是整个器件中最宽的部分。

集电区主要用于收集注入到基区中的少数载流子，并将其输送到外部电路。

四、特点1. 高频响应HBT具有更高的频率响应，这是由于异质结能够提供更好的载流子注入效果，从而使得电流能够更加快速地通过。

2. 低噪声系数HBT具有更低的噪声系数，这是由于异质结能够提供一个更好的载流子注入区域，从而使得器件内部噪声得到有效抑制。

3. 低功耗HBT具有较低的功耗，这是由于异质结能够提供一个更好的载流子注入效果，从而使得器件内部损耗得到有效降低。

4. 更高的工作温度范围HBT具有更高的工作温度范围，这是由于异质结技术能够提高器件对温度变化和环境干扰等因素的抵抗力。

五、应用1. 通信领域HBT广泛应用于通信领域，如无线通信、卫星通信等。

其高频响应和低噪声系数使得它成为无线电频率放大器的理想选择。

2. 光电子学领域HBT也被广泛应用于光电子学领域，如光通信、激光雷达等。

hbt原理
HBT（Heterojunction Bipolar Transistor，异质结双极型晶体管）是一种结构特殊的双极型晶体管。

其原理基于PN结和异质结
的特性。

HBT的结构包括两种不同材料构成的PN结。

其中一种材料通常被称为基底（base），另一种材料则为发射区（emitter），
两种材料的带隙能量不同。

通常发射区材料的带隙能量比基底材料的带隙能量要小，以便于电子从发射区向基底区注入。

HBT的原理基于两个PN结构之间的电荷平衡。

当没有外部电压施加在HBT的电极上时，PN结会建立内部电场，阻止载流子（电子和空穴）通过。

然而，当适当的电压施加在电极上时，PN结之间的内部电场会被减少到足够低的水平，使得载流子
能够通过。

当发射结施加正向偏置电压时，发射区的导带中的电子会穿越PN结，注入到基底区。

同时，由于PN结的反向偏置效应，
基底中的空穴也会注入到发射区。

在发射区中，电子和空穴会再次重新组合，产生电流。

基底区中的载流子会由于空间电荷效应而被电场加速，向另一个PN结（集电结）注入。

在集电结施加反向偏置电压的情况下，电流经过集电结进入电路。

HBT的优点包括高频性能优异、电流增益高、噪声低、功耗
低等。

它在射频和微波领域有广泛应用，如通信设备、雷达、卫星通信等。

异质结双极晶体管(HBT)1. 双极晶体管的简介双极晶体管是是电子和空穴两种载流子参与导电过程的半导体器件．两个p-n 结形成了发射区E 、基区B 和集电区C ，结构类型有p-n-p 型和n-p-n 型．实际应用电路中晶体管有3种连接方法：共基极、共发射极和共集电极， 如图１所示，3种连接方法中，发射结均为正偏置，集电结均为负偏置．以正偏图 1 n-p-n 晶体管三种组态n-p-n 晶体管的共基极组态为例.发射区电子注入p 型基区，空穴从p 型基区向n 型发射区注入。

由于集电结处于反偏置，当基区宽度较窄时，注入到基区的电子将被集电结强电场扫过集电结耗尽区，形成集电极电流．如果大部分从发射区注入到基区的电子在输运过程中未被复合掉而到达集电极，那么集电极电流就接近发射极空穴电流.由于反偏的集电结具有大的反向电阻，因而器件具有电压和功率放大作用。

考虑共发射极组态，电流增益β（/C B I I ≈）受发射效率(/)nE E I I γ=和基区输运因子B α的影响．忽略ＥＢ结界面复合电流，则γ近似为１．B α为到达集电结电流与注入基区电流的比，反映了电子于基区和ＢＣ结界面区的复合损失情况，损失越小，B α越接近１．所以理想情况下，1,1,B nE nC C I I I γα≈≈≈≈，又B E C I I I =-，故B I 很小，从而电流增益β/C B I I ≈可达到很大，从而起到电流及功率放大作用．2. 异质结双极晶体管的材料结构HBT 的材料结构为较为成熟的Ｎ－ｐ－ｎ型，与同质双极晶体管n －ｐ－ｎ型比较，“N”表示发射区为n型宽禁带材料．图２表示ｎ－ｐ－n同质结和N－ｐ图２（ａ）同质结双极晶体管（ｂ）异质结双极晶体管－ｎ异质结双极晶体管的能带图。

图３表示其掺杂分布图．由上图不难看出，同质结双极晶体管和异质结双极晶体管在能带结构上存在着差异，在掺杂分布上也存在着差异．同质结双极晶体管的发射区和基区有相同禁带宽度，即△Ｅ=0，而HBT中△E不等于零；在掺杂分布上，前者的发射区为高掺杂，而HBT的发射区掺杂浓度要低；前者的基区掺杂浓度要低于HBT基区的掺杂浓度．这些材料参数上的变化所引起的性能变化将在下面分析。