5.1.2. Гетероструктурные эмиттер и коллектор.
У. Шокли в 1951г предложил использовать широкозонный эмиттер.
Первые эксперименты в 1965-69гг.
Сверхинжекция увеличивает эффективность эмиттера . В результате:
Сделаем простейшую оценку:
Высота скачка зоны проводимости на границе гетероперехода по сравнению с энергией теплового возбуждения:
Благодаря сверхинжекции эффективность эмиттера увеличивается на 4 порядка.
Энергетическая диаграмма на границе Э-Б
Гомопереход Гетеропереход
|
|
|
|
|
|
|
|
n+ p n p
EC
EC
|
|
|
|
ΔEC
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
EV
EV
ΔEV
wБ
EC
EC
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
EF,n
eUБЭ
eUБЭ
-
EV
EF,p
EV
|
|
|
|
n n np
np
p p
pn
pn=0
На верхней диаграмме показаны переходы без внешнего смещения.
На средней диаграмме показаны переходы с положительным внешнем смещением (переходы открыты – через них течёт ток; распределение концентрации носителей заряда описывается квазиуровнями Ферми)
На нижней диаграмме показано распределение концентрации носителей заряда в случае нормальной инжекции (гомопереход) и в случае сверхинжекции (гетеропереход).
Рассмотрим схему конструкции БПТ с гетероэмиттером
Э Б К
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Всего три эпитаксиальных слоя
1 – широкозонная область, и ней сформирован эмиттер.
2-3 – две узкозонные области – база и коллектор.
Дырочный ток в
эмиттер уменьшается в
раз,
поэтому:
Теперь можно допустить красивый (англ. термин: «smart» ) уровень легирования Э и Б. Таким образом, делается тоньше обеднённый слой в базе, сама база делается тоньше, и уменьшается сопротивление растекания базы.
Концентрация легирующих примесей в базе может быть даже больше, чем в эмиттере. Это позволяет отнести обедненный слой в эмиттер и сделать базу более тонкой, не опасаясь прокола базы.
г) БПТ с гетероколлектором
-
n+ GaAs 1018см-3
n Al0.3Ga0.7As 21017см-3
p GaAs 21018см-3
n Al0.3Ga0.7As 1018см-3
n+ GaAs 1018см-3
SI GaAs
Э
-
Б
К
|
|
|
|
|
|
90 нм «Б» |
|
|
|
|
|
|
||
|
||
|
|
|
20
нм
200
нм «Э»
200
нм «К»
500
нм
IБ
IK
|
|
|
|
RH
|
|
|
|
VБЭ
VКЭ
+
+
-
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
-
|
|
|
|
При узкозонной базе и широкозоном коллекторе исключается инжекция дырок в коллектор. Поэтому можно снизить легирование коллектора и поднять пробивное напряжение коллектора.
Гетероколлектор позволяет произвести следующие улучшения БПТ:
1.Повышенное быстродействие в ключевом режиме, т.к. нет инжекции дырок в коллектор и, соответственно, не нужно учитывать временной интервал на их рекомбинацию.
2.Повышенное рабочее напряжение на коллекторе, что особенно важно для усилителей мощности. Мощные СВЧ транзисторы (не микроэлектроника!).