ГБТ на основе гетероструктур Si-Ge/Si

В последнее время интенсивно развивается промышленное производство кремниевых ИС, использующих в качестве активных элементов гетеропереходные биполярные транзисторы со структурой Si-Ge/Si 135—38J. В отличие от ГПТ на основе GaAs эти транзисторы имеют узкозонную базу — тонкий напряженный слой /?⁺-Si₀₇Ge₀₃. При этом эмиттерный переход представляет собой гетеропереход I рода (см. рис. VIII.1.1, а). Как очевидно из рис. VIII.1.1, а, основная часть разрыва ширины запрещенной зоны приходится на валентную зону, что позволяет обойтись без специальных мер по устранению энергетического «пичка», связанного с разрывом зоны проводимости (см. рис. VIII.3.2, а).

Типовая структура гетеропереходного биполярного п-р-п транзистора с базой Si/Ge показана на рис. VIII.3.3.

Рис. VIII.3.3. Гетеропереходный биполярный транзистор с базой Si/Ge.

В настоящее время гетеропереходные биполярные транзисторы являются наиболее быстродействующими традиционными приборами микроэлектроники. Их предельная частота приближается к 400 ГГц [39], а основные области применения составляют аналоговые и аналого-цифровые И С для устройств коммуникационной и измерительной техники. Для этих применений отработаны технологические процессы, позволяющие создавать в одном кристалле ГБТ и комплементарные пары МДПТ [ 40—42 ]. Такой подход обеспечивает оптимальные параметры, но критерию цена/ качество.

Основные выводы

• 1. В гетеропереходных биполярных транзисторах с узкозонной базой высокий коэффициент усиления базового тока может быть получен при большей концентрации примеси в базе, чем в эмиттере. За счет этого значительно снижается сопротивление базы и барьерной емкости эмиттерного перехода, а также нейтрализуется действие эффекта Эрли, что позволяет существенно повысить частотные характеристики транзистора, расширить рабочий диапазон плотности эмиттерного тока и повысить напряжение прокола базы.
• 2. В базе ГПТ с варизоиной базой создаются чрезвычайно сильные встроенные электрические поля, которые ускоряют перенос неосновных носителей через базу и улучшают частотные характеристики ГВТ.
• 3. Наиболее высокими скоростными характеристиками обладают ГПТ на основе гетероструктур А³В⁵. Широкое практическое применение находят ГПТ на основе гетероструктур Si-Ge/Si.