[发明专利]超宽温区高热稳定性微波功率SiGe异质结双极晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及硅锗（SiGe）异质结双极晶体管，特别是用于卫星系统、光纤通信系统以及winmax等射频和微波领域的超宽温区高热稳定性SiGe异质结双极晶体管。 

背景技术

与Si同质结双极晶体管（bipolar junction transistor，BJT）相比，SiGe异质结双极晶体管（heterojunction bipolar transistor，HBT）在具有高电流处理能力、大电流增益和高厄利电压的同时，还具有优异的高频特性，现已被广泛应用于移动电话系统、蓝牙、卫星定位系统、汽车雷达等领域中。特别地，随着光纤通讯、卫星通讯和winmax技术的飞速发展，功率SiGe HBT将在上述射频和微波领域中扮演越来越重要的角色。 

功率SiGe HBT通常采用多个发射极指并联结构来提高电流处理能力和散热能力。图1（a）示出了常规多发射极指结构SiGe HBT的几何结构，其中包括发射极（1）和基极（2），且相邻的发射极指之间具有相同的指间距值。然而由器件本身耗散功率引起的自加热效应以及各发射极指间的热耦合效应将导致器件各发射极指上温度分布不均匀，中心发射极指的温度较外部发射极指的高，又由于发射极电流具有正温度系数，中心发射极指将传导更多的电流，从而产生更多的热，如此反复，最终导致器件各发射极指上温度分布变得极其不均匀。 

同时，图1（b）示出了常规SiGe HBT从发射结侧到集电结侧的基区Ge组分分布情况，其中整个基区内具有恒定的Ge组分含量。由于“能带工程”（基区加入Ge组分）的引入，使基区禁带宽度小于发射区禁带宽度，即在发射结价带处产生了能带断续，与BJT相比，将减小反向注入的基极电流（I_pb），从而提高注入效率，进而增大器件的电流增益。然而对于具有恒定基区Ge组分含量的常规SiGe HBT，其I_pb具有较大的正温度系数，当器件的工作温度升高时，I_pb将显著增大，使得电流增益具有负温度系数。进一步考虑由自热和热耦合效应引起的各发射极指上温度分布极其不均匀的情况，会出现电流增 益“倒塌”现象，退化器件的工作特性（如功率增益、特征频率等），引起器件和电路特性漂移，使SiGe HBT处于热不稳定状态，严重限制了器件的高功率热稳定性工作。 

可见，设计一种即可有效改善各发射极指温度分布非均匀性，也可有效削弱电流增益负温度系数，避免电流增益“倒塌”现象，最终实现宽温区内高热稳定工作的功率SiGe HBT具有重要的理论和实际意义。 

发明内容

本发明公开了一种超宽温区高热稳定性的功率SiGe异质结双极晶体管。 

本发明的一种超宽温区高热稳定性功率SiGe异质结双极晶体管，其特征在于：同时具有基区Ge组分从发射结侧向集电结侧呈阶梯形分布和发射极指间距由器件两侧向中心处呈指数增大的对称指间距结构。 

所述晶体管的基区Ge组分分布按照从靠近发射结端开始，沿基区宽度（W_b）方向先在一定区域内线性递增，随后在一定区域内保持不变，再在一定区域内线性递增，最后在一定区域内保持不变的形式分布。 

图2（a）示例了本发明的基区Ge组分阶梯分布。其中，W_b为基区宽度，x₁、x₂、x₃为离发射结端的距离，y₁、y₃分别为基区靠近发射结侧和基区靠近集电结侧的Ge组分含量，y₂为基区中x₂-x₁区域内对应的Ge组分含量。 

对于上述的基区Ge组分阶梯形分布结构，其基区不同位置处Ge含量的表达式为