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異質結雙極型晶體管的簡介

異質結雙極型晶體管(Heterojunction bipolar transistor,HBT)是在雙極結型晶體管(Bipolar Junction Transistor,BJT)的基礎上,只是把發射區改用寬帶隙的半導體材料,即同質的發射結采用了異質結來代替。由於異質結能帶的不連續性(帶隙的能量差ΔEg = 價帶頂能量突變ΔEv +導帶底能量突變ΔEc),對n-p-n BJT,較大的ΔEv對於基區往發射區註入的空穴有阻擋作用,則寬帶隙發射區異質結的註射效率接近1(即只有電子從發射區註入到基區),並且註射效率與發射區和基區的摻雜濃度無關。HBT的最大優點就在於發射結的註射效率 (放大系數) 基本上與發射結兩邊的摻雜濃度無關, 從而可把基區的摻雜濃度做得很高(甚至比發射區的還高), 這就可以在保證放大系數很大的前提下來提高頻率, 從而能進入毫米波段。現在HBT是能夠工作在超高頻和超高速的壹種重要的有源器件。HBT的最大電流增益可表示為 (不考慮基區復合)βmax = IEn / IEp ∝ exp[ΔEg / kT] ,則HBT與壹般BJT的最大電流增益之比完全由帶隙的能量差來決定:βmax (HBT) / βmax (BJT) = exp[ΔEg / kT] 。通常取ΔEg>250 meV, 則HBT的增益可比BJT的提高10的4次方倍。

對於壹般的BJT,為了進壹步提高頻率和速度,就要求減小基極電阻、減小發射結電容和減小寄生電容。而壹般的BJT,為了提高註射效率, 需要盡可能降低基區摻雜濃度NB和提高發射區摻雜濃度NE,使比值 (NB/NE) 降低;但是由於發射區重摻雜會引起禁帶寬度變窄和Auger復合顯著, 反而使註射效率降低,同時也會使發射結電容增大;而且基區摻雜濃度也不能太低,否則會使基極電阻增大。所以采用降低比值(NB/NE)的方法來提高發射結註射效率的作用是很有限的,而且提高放大能力與提高頻率和速度是互相矛盾的。也因此壹般的BJT在實現超高頻、超高速上遇到了不可克服的困難。而異質結BJT(HBT)是壹種新型結構的重要器件,它克服了頻率、速度與放大系數之間的矛盾,從而可實現超高頻和超高速。