[实用新型]高热稳定性功率异质结双极晶体管

说明书

技术领域

本实用新型涉及功率双极晶体管，特别是用于功率放大器、雷达、通讯和电子战系统、微波振荡器和A/D转换器等领域的高热稳定性硅锗异质结双极晶体管。

背景技术

异质结双极晶体管(HBT)具有高的电流处理能力(高输出功率)、优异的高频特性、较宽的线性和高的效率，适用于功率放大器、雷达、通讯和电子战系统，微波振荡器和模拟/数字(A/D)转换器等，已经成为这些应用领域的不可缺少的器件。随着光纤通讯、无线和卫星通讯的发展，微波和毫米频率的功率HBT在上述领域中扮演着越来越重要的角色。

HBT功率应用时，通常采用多发射极指结构来改善电流处理能力和散热能力。图1示出了常规多发射极指结构HBT的几何结构，其中包括基极(1)和发射极(2)，且相邻的发射极指之间具有相同的间距值。然而由器件自身耗散功率引起的每个发射极指上的自加热效应和指间的热耦合效应将退化器件工作特性(如电流增益，功率增益，特征频率等)，引起器件和电路特性漂移，使HBT实际性能低于它的电学限制性能。

图2示出了常规功率HBT的热电反馈网络(20)，其中(21)为由集电极电流正温度系数引入的热电正反馈，I_C为集电极电流，T为器件工作温度，V_BE’为发射结电压，P为功耗，V_CE为集电极-发射极间电压，T₀为环境温度，R_th为器件热阻。从图中可以看出，由于热效应的存在将引起器件某一集电极上电流的增量(ΔI_C1)，导致该器件上功耗的增量(ΔP)，进而引起温度的增量(ΔT)，进一步地，在热电正反馈(21)的作用下，在(V_BE’)恒定情况下，温度增量又将导致电流增量(ΔI_C2)。如此反复，该发射极将传导更多的电流，结温进一步增高，甚至超过材料的本征温度，出现热奔，导致器件烧毁。可以看出，自加热和热耦合使HBT在高功率下晶体管变得不稳定，严重限制晶体管的功率处理能力。

为削弱多指HBT的热效应，改善其热不稳定性，可以采用发射极镇流电阻(即每指上串有镇流电阻)，这些电阻上的压降补偿了由于自加热引起温度上升而导致的内建电压的变化。在考虑发射极镇流电阻对HBT影响的情况下，图3示出了功率HBT热电反馈网络(30)，其中V_BE为发射极-基极间电压，I_B为基极电流，R_E为发射极镇流电阻。参照图3，由于引入发射极镇流电阻(R_E)，当器件集电极电流增加时，将引起发射结电压(V_BE’)的减小，从而削弱(补偿)了由集电极电流正温度系数引入的热电正反馈(21)。但是采用发射极镇流电阻方法，镇流电阻需优化，值太大，由于增加了通过它的额外延迟时间，将退化HBT高频特性；值太小，又不足以使HBT免于热不稳定。另一方面，在我们先前的研究工作(2001年电子学报“Si/SiGe/Si双异质结晶体管(HBT)的负阻特性”)中发现，HBT在大功率下，随集电极-发射极电压(V_CE)的增加，集电极电流下降，出现负阻特性，这说明HBT本身具有热电负反馈能力，可以减少对镇流电阻的需要；此外Osamu Hidaka等人(1995年Jpn.J.Appl.Phys.“Thermal Runaway Tolerance in Double-HBTs”)指出HBT的热稳定性大大优于常规的同质结双极晶体管(BJT)，建议可以减少加入的镇流电阻值。然而，在一般功率HBT设计中镇流电阻均凭经验设计，且没有考虑HBT中异质结效应带来的热电负反馈的影响。同时，对于多发射极指HBT而言，各指间的热耦合将导致器件热分布不均匀，此时，仅仅通过设计发射极镇流电阻值无法有效改善器件温度分布非均匀性。而温度分布的非均匀性是影响功率HBT热稳定性和功率处理能力的主要因素之一。因此，设计一种即可补偿由集电极电流正温度系数引入的热电正反馈(21)，也可有效改善器件温度分布非均匀性的高热稳定性功率HBT具有重要的理论和实际意义。

实用新型内容

本实用新型的目的公开一种具有高热稳定性的功率异质结双极晶体管。

本实用新型的一种高热稳定性功率异质结双极晶体管，其特征在于：同时具有均等的发射极镇流电阻结构和发射极指间距由器件两侧向中心处逐渐增大的对称指间距结构。