微电子概论（第3版）课件2-7-2HBT.pptx

目录1．同质结BJT对基区掺杂浓度的矛盾要求2.7.2异质结双极晶体管（HBT）2．HBT结构特点3．HBT的特点

1．同质结BJT对基区掺杂浓度的矛盾要求增大BJT电流放大系数与改善BJT其他特性对基区和发射区掺杂浓度的要求发生冲突。提高电流放大系数要求基区掺杂浓度NB与发射区掺杂浓度NE之比尽量小。但是，如果降低NB，则基区电阻RB增大，使得最高振荡频率fm下降。降低NB，还会导致Early电压VA下降。如果发射区掺杂浓度NE过高，出现发射区带隙变窄效应，反而对注入效率带来负面影响。提高NE还会使得发射结势垒电容增大，导致特征频率下降。采用HBT可以较好的解决这一矛盾，兼顾电流放大系数以及改善BJT其他特性的要求。

2．HBT结构特点同质结势垒区对空穴的势垒高度qVp与对电子的势垒高度qVn相等。但是异质结，两者则不相等例如，n型Si与p型SiGe组成np异质结作为发射结后，异质结势垒区对空穴的势垒高度qVp明显大于对电子的势垒高度qVn，明显减小基区向发射区反向注入的空穴，有利于提高发射结注入效率。(1)P型基区重掺杂

2．HBT结构特点分析得异质结注入效率为：△Eg等于发射区禁带宽度与基区禁带宽度之差。△Eg出现在指数，影响明显。显然，在保持γ0满足要求的前提下，可以提高基区掺杂浓度NB与发射区掺杂浓度NE之比。因此现代集成电路中HBT采用重掺杂p+-SiGe作为基区。(1)P型基区重掺杂

2．HBT结构特点导致基区中产生一个内建电场。(2)p+-SiGe基区中采用缓变分布Ge组分为了进一步改善HBT器件特性，对于采用SiGe作为基区的晶体管中，基区的Ge含量通常设计为缓变分布状态，例如线性变化，使得基区中靠近集电结位置Ge含量最高，靠近发射极位置Ge含量最低，这样基区禁带宽度将从发射结处向集电结处不断减小。

3．HBT的特点由于HBT可以在保持γ0满足要求的前提下，采用重掺杂p+-SiGe作为基区，提高基区掺杂浓度NB，可以明显改善器件特性：(1)P型基区重掺杂对器件特性的改善①增大Nb降低基区串联电阻RB，大幅度提高最高振荡频率fmax；②增大Early电压VA

3．HBT的特点由于HBT可以在保持γ0满足要求的前提下，适当降低发射区基区掺杂浓度NE，可以明显改善器件特性：(2)适当降低发射区掺杂对器件特性的改善①发射区不会出现带隙变窄效应对注入效率带来的负面影响；②降低NE将减小发射结势垒电容，提高器件特征频率。

3．HBT的特点(3)p+-SiGe基区缓变分布Ge组分对器件特性的改善基区自建电场对发射区注入到基区的电子起加速作用，一方面提高电流放大系数，同时减小了基区渡越时间，提高BJT的特征频率fT。采用SiGe作为基区的HBT，若基区的Ge含量为缓变分布状态，基区中靠近集电结位置Ge含量最高，靠近发射极位置Ge含量最低，则基区禁带宽度将从发射结处向集电结处不断减小，导致基区中产生一个内建电场。

3．HBT的特点(4)总结HBT的发射区禁带宽度比基区禁带宽度更宽，其禁带宽度之差△Eg出现在注入效率表达式中的指数项，△Eg不太大就可以对注入效率产生明显影响，使得HBT不再像同质结晶体管那样要求发射区掺杂浓度远大于基区掺杂浓度。由于HBT中可以提高基区掺杂浓度、减小发射区掺杂浓度，极大地改善了器件的多项特性，因此现代射频和模拟集成电路中，高性能npn晶体管都采用n型Si与重掺杂p型SiGe构成的异质结作为发射结。采用其他化合物半导体材料，例如AlGaAs/GaAs，也可以制作分立器件HBT。由于GaAs材料中电子具有很高的迁移率，这就进一步减小了基区中少子电子的渡越时间，使得特征频率超过100GHz。