结核性胸膜炎能喝酒吗:GaAs(InP) HBT的优势与劣势

GaAs(InP) HBT的优势与劣势 2008-04-19

HBT、HEMT是微波毫米波领域中非常重要的高速固态器件，其中HBT由于具有功率密度和增益高、相位噪声低、线性度好、单电源工作、芯片面积小和价格性能比低等特点，已经逐步发展为MMIC领域中一个非常有竞争力的技术。目前，HBT已被广泛应用于高速光通信系统，如光调制驱动电路、时钟提取、数据恢复、MUX/DEMUX和光接收机电路。

HBT与HEMT比较，具有以下几个方面的优势：

（1）HBT是一种电流方向垂直于器件表面的双极型器件，器件速度由外延层的厚度和掺杂水平决定。目前采用先进的外延生长技术（MBE和MOCVD）能够生长单原子层精度的高质量外延层，应用能带工程与杂质工程优化异质结界面处非平衡载流子的输运特性，从而使HBT具有微波毫米波的频率特性。由于HBT的横向尺寸对速度的影响相对较小，并且可以通过合理的器件结构来优化，所以HBT对光刻的要求比较低，其特征尺寸通常为1~3um。HEMT的电流方向平行于器件表面，栅长决定器件的速度，要缩短横向传输时间就必须采用先进的光刻工艺来减小栅长，HEMT要实现与HBT同等的频率，栅长通常为0.1~0.5um，这要求采用电子束光刻技术。

（2）HBT是双极型器件，输出电流与输入电压呈指数关系，并且电流密度较高，导致高跨导Gm(20~100)。而HEMT与MESFET的输出电流与输入电压呈线性关系，跨导Gm通常只有HBT的十分之一左右。高的跨导可以在小的输入电压摆幅和低的输出阻抗时，实现对负载电容的快速充电，这对于采用射极跟随器作为缓冲级的驱动电路是非常重要的，它可以提高电路驱动能力。并且高增益允许在电路中采用负反馈形式，通过牺牲一部分增益来拓展带宽，从而提高电路的高频性能。

（3）HBT的器件匹配性能非常好。HBT的开启电压Vbe由外延层的禁带宽度决定，与工艺过程无关，其偏差仅为几个毫伏(3mV左右)。而HEMT的阈值电压由工艺控制精度决定，偏差常大于20mV，对驱动电路来说，均匀的阈值电压可以获得匹配良好的发射级耦合逻辑(ECL)，减小输出失真。

（4）HBT具有更低的输出电导Go(共发射极)。由于HBT采用异质结，基区可以采用重掺杂而不影响注入效率，导致更低的基区宽度调制效应，使集电区电流受Vce的影响变小，低的输出电导Go提高了直流电压增益的线性度，这在模拟电路中是十分重要的。

（5）HBT的电流垂直流过异质结界面，界面陷阱效应小，其1/f噪声比HEMT低。因此HBT的高频振荡器、分频器和混频器能获得比HEMT更低的相位噪声。在低噪声应用方面，HEMT是最佳选择。HBT由于采用中掺杂基区使基区电阻较小，也具有低噪声性能。

（6）HBT有效结面积上流过的电流密度大，击穿电压高，导致HBT的功率密度最好、线性度最好，在频率不是太高时，其PAE也是最高的，所以HBT十分适用于功率应用的场合。

当然，HBT也存在一些缺点：

（1）与HEMT比较，HBT的开启电压较高，而且存在基极电流，导致功耗较高。值得一提的是，GaAs HBT的开启电压较高(大约1.1V)，与GaAs HEMT的0.7V相比，当它作为射极跟随器应用于驱动电路的缓冲级时，可以省去作为电平变换的二极管，简化电路形式。

（2）HBT的主要缺点是它的热可靠性问题。由于HBT工作时电流密度比较高，在自身发热和邻近器件的散热的作用下器件温度的升高，温度对电流的正反馈效应导致器件性能变坏甚至失效，电路的散热条件与半导体材料的热性能是影响HBT的可靠性的关键。

近年来，随着MBE和MOCVD技术的发展，采用InGaP作为发射极的InGaP/GaAs日益受到人们的重视。与传统的AlGaAS/GaAs HBT相比较，具有材料的热稳定性好、缺陷少、电流增益高、工艺重复性好和器件可靠性高等优点，InGaP发射极的出现为解决HBT的可靠性问题提供了一条新的途径。

什么是 HBT

HBT是一种由砷化镓(GaAs)层和铝镓砷(AlGaAs)层构成的双极晶体管。

异质结是两种带隙宽度不同的半导体材料构成的结，和导电类型不同的结（PN结）无关。多数情况两类相结合，有时不重合。

由宽带隙半导体材料制作发射区，以窄带隙材料制作基区的双极型晶体管成为异质结双极型晶体管。

1、分类

按异质结数目：

• 单异质结晶体管（SHBT）—只有发射结为异质结的HBT
• 双异质结晶体管（DHBT）—发射结合集电结均为异质结的HBT

按发射结和基区结构：

• 突变发射结HBT
• 缓变发射结HBT
• 突发发射结缓变基区HBT
• 缓变发射结缓变基区HBT

2、工作原理

同质结双极管存在的主要问题：为提高电流增益，要求发射区重掺杂、基区轻掺杂，与为提高频率，又要求减小发射结电容、减少基区电阻而互相矛盾。为了解决该矛盾的根本途径是采用宽带隙半导体材料作成发射区，窄带隙材料作基区。由于降低了电子从发射区注入到基区的势垒，同时提高了空穴由基区向发射区反注入的势垒，提高了注入效率，进一步提高了电流增益，使器件在保持较高电流增益的条件下，提高晶体管的速度和工作频率。

3、特点

HBT与结构相近的同质结晶体管相比，具有以下特点：特征频率fT高；最高振荡频率fmax高；厄利（Early）电压较高（因基区掺杂浓度高，耗尽区不易在基区内扩展）；基区穿通电压较高；当输出功率大导热差时，Ic-UCE特性常出现负阻效应。

4、应用领域

• 微波、毫米波放大和震荡
• 移动通信
• 化合物超高速数字电路
• 低温电路（Si/SiGe HBT），高温电路（AlGaN/GaN HBT）
• 超高增益放大电路（PET和MISTJET）