Биполярные транзисторы на гетеропереходах

Некоторые исследовательские проекты нацелены на создание гетеропереходных биполярных транзисторов на основе кремниевой технологии, что позволит использовать в них кремниевые полупроводниковые соединений с широкой запрещенной зоной. Одним из таких соединения является карбид кремния SiC (для которого ширина запрещенной зоны изменяется от 2,3 эВ для кубической модификации до более чем 3 эВ для гексагональных модификаций), а другим, весьма интересным для проектировщиков веществом выступает аморфный гидрогенизированный кремний (ширина зоны - 1,6 эВ). Техническая проблема при использовании этих материалов связана с высоким сопротивлением эмиттера, обусловленным либо свойствами самих материалов, либо металлическими контактами. По-видимому, наиболее перспективными кремниевыми материалами для получения НВТ являются сплавы на основе SiGe, в которых гетеропереходы могут быть сформированы вследствие того, что ширина запрещенной зоной в кремнии равна 1,12 эВ, а в германии - 0,66 эВ. Приборы с гетероструктурами Si -SiGe были созданы лишь в 1998 г. (т. е. значительно позднее приборов на GaAs и других соединениях класса AIIIBV), что легко объясняется недостаточным развитием методов эпитаксиального роста SiGe. Для изготовления НВТ на основе Si или SiGe необходимо, чтобы в создаваемой структуре сразу после кремниевой области эмиттера располагалась область базы SiGe, в которой ширина запрещенной зоны намного меньше, чем в Si, поскольку именно такая разница в ширине запрещенной зоны позволяет создавать в области базы относительно высокую концентрацию легирующих примесей, что и обеспечивает высокую рабочую частоту структуры, сравнимую с частотой приборов на основе соединений AIIIBV.

Частота отсечки промышленно выпускаемых гетеропереходных биполярных транзисторов в настоящее время превышает 100 ГГц, а в опытных образцах - даже 400 ГГц. Такие высокие значения частоты отсечки частично связаны с использованием структур со сжимающими механическими напряжениями, что позволяет менять энергетическую структуру в напряженных слоях, в результате чего происходит уменьшение эффективной массы носителей. Повышение подвижности носителей при этом может достигать 60%.

Конечным результатом описанных приемов стало создание базовых областей с плавным изменением состава х в соединениях типа GexSi1-x. Наклон энергетической зоны, возникающий вследствие изменений ширины запрещенной зоны вдоль базовой области, обеспечивает очень высокие значения (вплоть до ~10 кВ/см) встроенного электрического поля, что и позволяет резко уменьшить время прохождения электронами базовой зоны. Такие гетеропереходные биполярные транзисторы (НВТ), конечно, потребляют и рассеивают гораздо больше энергии, чем полевые МОП-транзисторы, однако позволяют работать при гораздо более высоких частотах и при меньшем уровне шумов. Эти преимущества и позволяют рассматривать гетеропереходные биполярные транзисторы на основе SiGe в качестве весьма перспективных приборов.

Рис. 4 (а) Гетеропереходный биполярный транзистор (HBT) с базой переменной ширины запрещенной зоны; (б) двойной гетеропереходный биполярный транзистор (DHBT) с широкой запрещенной зоной полупроводника в области эмиттера и коллектора

Статья в тему

Электромеханический следящий привод робота
Разработать электромеханический следящий привод «плечевой» степени подвижности двухзвенного плоского манипулятора робота, кинематическая схема которого изображена на рис. 1. Рис 1. Расчётная кинематическая схема манипуляционного механизма. Основные технические требова ...