Transistor bipolar heterojunção - Heterojunction bipolar transistor
O transistor bipolar de heterojunção ( HBT ) é um tipo de transistor de junção bipolar (BJT) que usa materiais semicondutores diferentes para as regiões do emissor e da base, criando uma heterojunção . O HBT é melhor do que o BJT, pois pode lidar com sinais de frequências muito altas, até várias centenas de GHz . É comumente usado em circuitos ultrarrápidos modernos, principalmente sistemas de radiofrequência (RF) e em aplicações que requerem uma alta eficiência de energia, como amplificadores de potência de RF em telefones celulares. A ideia de empregar uma heterojunção é tão antiga quanto o BJT convencional, datando de uma patente de 1951. A teoria detalhada do transistor bipolar de heterojunção foi desenvolvida por Herbert Kroemer em 1957.
Materiais
A principal diferença entre o BJT e o HBT está no uso de diferentes materiais semicondutores para a junção emissor-base e a junção base-coletor, criando uma heterojunção. O efeito é limitar a injeção de orifícios da base para a região emissora, uma vez que a barreira de potencial na banda de valência é maior do que na banda de condução. Ao contrário da tecnologia BJT, isso permite que uma alta densidade de dopagem seja usada na base, reduzindo a resistência da base enquanto mantém o ganho. A eficiência da heterojunção é medida pelo fator de Kroemer. Kroemer recebeu o Prêmio Nobel em 2000 por seu trabalho nessa área na Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara.
Os materiais usados para o substrato incluem silício, arseneto de gálio e fosfeto de índio , enquanto ligas de silício / silício-germânio , arseneto de alumínio e gálio / arseneto de gálio e fosfeto de índio / arseneto de índio-gálio são usados para as camadas epitaxiais. Semicondutores de gap largo , como nitreto de gálio e nitreto de gálio e índio, são especialmente promissores.
Nos transistores de heteroestrutura graduados de SiGe , a quantidade de germânio na base é graduada, tornando o bandgap mais estreito no coletor do que no emissor. Esse estreitamento do bandgap leva a um transporte assistido por campo na base, o que acelera o transporte através da base e aumenta a resposta de frequência.
Fabricação
Devido à necessidade de fabricar dispositivos HBT com camadas de base finas extremamente dopadas, a epitaxia de feixe molecular é principalmente empregada. Além das camadas de base, do emissor e do coletor, camadas altamente dopadas são depositadas em ambos os lados do coletor e do emissor para facilitar um contato ôhmico , que são colocadas nas camadas de contato após a exposição por fotolitografia e corrosão. A camada de contato abaixo do coletor, denominada subcollector, é uma parte ativa do transistor.
Outras técnicas são usadas dependendo do sistema de materiais. IBM e outros usam deposição de vapor químico de ultra-alto vácuo (UHVCVD) para SiGe; outras técnicas usadas incluem MOVPE para sistemas III-V .
Normalmente, as camadas epitaxiais são combinadas com treliça (o que restringe a escolha de bandgap, etc.). Se eles forem quase combinados com a rede, o dispositivo é pseudomórfico , e se as camadas forem incomparáveis (geralmente separadas por uma camada de buffer fina), é metamórfico .
Limites
Um transistor bipolar de heterojunção pseudomórfica desenvolvido na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign , construído a partir de fosfeto de índio e arseneto de índio-gálio e projetado com coletor graduado de composição, base e emissor, demonstrou cortar a uma velocidade de 710 GHz.
Além de ser recordistas em termos de velocidade, HBTs feito de InP / InGaAs são ideais para circuitos integrados optoelectrónicos monolíticas. Um fotodetector do tipo PIN é formado pelas camadas base-coletor-sub-coletor. O bandgap do InGaAs funciona bem para detectar sinais de laser infravermelho com comprimento de onda de 1550 nm usados em sistemas de comunicação óptica. Polarizando o HBT para obter um dispositivo ativo, um fototransistor com alto ganho interno é obtido. Entre outras aplicações do HBT estão os circuitos de sinais mistos, como conversores analógico-digital e digital-analógico.
Veja também
Referências
- ^ W. Shockley: 'Circuit Element Utilizing Semiconductive Material', Patente dos Estados Unidos 2.569.347, 1951.
- ^ Herbert Kroemer (1957). "Teoria de um emissor de gap largo para transistores". Processos do IRE . 45 (11): 1535–1537. doi : 10.1109 / JRPROC.1957.278348 . S2CID 51651950 .
- ^ O efeito do fototransistor : "O fator de Kroemer é uma função dos parâmetros físicos dos materiais que constituem a heterojunção e pode ser expresso da seguinte maneira [fórmula fornecida]"
- ^ Transistores bipolares de heterojunção pseudomórfica de base de 12,5 nm alcançando f T = 710 GHz f T = 710 GHz ef MAX = 340 GHz Hafez et al, Appl. Phys. Lett. 87, 252109, 2005 doi : 10.1063 / 1.2149510
- ^ Fosfeto de índio: Freqüência transcendente e limites de integração. Semiconductor Today. Vol 1, edição 3. setembro de 2006
links externos
- NCSR HBT na Wayback Machine (arquivado em 4 de abril de 2008)
- Circuitos optoeletrônicos HBT desenvolvidos no Technion (15Mb, 230p)
- Nova estrutura de material produz o transistor mais rápido do mundo 604 GHz no início de 2005