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

Bandas em transistor bipolar npn de heterojunção graduada. Barreiras indicadas para que os elétrons se movam do emissor para a base e para que os buracos sejam injetados da base para o emissor; Além disso, a graduação do bandgap na base auxilia no transporte de elétrons na região da base; As cores claras indicam regiões esgotadas .

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

  1. ^ W. Shockley: 'Circuit Element Utilizing Semiconductive Material', Patente dos Estados Unidos 2.569.347, 1951.
  2. ^ 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 .
  3. ^ 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]"
  4. ^ 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
  5. ^ Fosfeto de índio: Freqüência transcendente e limites de integração. Semiconductor Today. Vol 1, edição 3. setembro de 2006

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