[发明专利]一种三极管基区结构

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路制造工艺技术领域，特别涉及一种三极管基区结构。

背景技术

晶体三极管，是最常用的基本元器件之一，晶体三极管的作用主要是电 流放大，它是电子电路的核心元件，现在的大规模集成电路的基本组成部分 也就是晶体三极管。

三极管基本结构如图1所示，是在一块半导体基片上制作两个相距很近 的PN结，两个PN结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区12，两侧部 分是发射区11和集电区13，排列方式有PNP和NPN两种，从三个区引出相 应的电极，分别为基极b、发射极e和集电极c。发射区11和基区12之间的 PN结叫发射结41，集电区13和基区12之间的PN结叫集电极42。基区很薄， 而发射区较厚，杂质浓度大，PNP型三极管发射区″发射″的是空穴，其移动方 向与电流方向一致；NPN型三极管发射区″发射″的是自由电子，其移动方向与 电流方向相反。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。

三极管是一种控制元件，三极管的作用非常的大，可以说没有三极管的 发明就没有现代信息社会的如此多样化，电子管是他的前身，但是电子管体 积大耗电量巨大，现在已经被淘汰。三极管主要用来控制电流的大小，以共 发射极接法为例(信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地)，当基极电 压UB有一个微小的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电 流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电 极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控 制集电极电流的变化。但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这 就是三极管的电流放大作用。电流放大是晶体三极管的作用，其实质是三极 管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管 最基本的和最重要的特性。我们将ΔIc/ΔIb的比值称为晶体三极管的电流 放大倍数，用符号“β”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个 定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。根据三极管 的作用我们分析它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换 仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。三极管有 一个重要参数就是电流放大系数β。当三极管的基极上加一个微小的电流时， 在集电极上可以得到一个是注入电流β倍的电流，即集电极电流。集电极电 流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流 很大的变化，这就是三极管的放大作用。三极管的作用还有电子开关，配合 其它元件还可以构成振荡器，此外三极管还有稳压的作用。

锗硅(Si_1-xGe_x)是硅和锗通过共价键结合形成的半导体化合物，是这两 种元素无限互溶的替位式固溶体。锗硅一般有非晶、多晶、单晶和超晶格四 种形态，其中单晶锗硅的主要应用之一就是作为异质结双极晶体管 (Hetero-junctionBipolarTransistor，HBT)的基区，应用于具有高频、 高速需求的无线通讯、卫星及光通讯等领域。锗硅与硅的晶格常数很接近， 在硅中掺入一定比例x的锗形成Si_1-xGe_x化合物，可使其带隙变窄，以这种材 料作为基区，以硅作为发射区就能制成宽带隙发射区异质结晶体管。利用硅/ 锗硅HBT基区Si1-xGex带隙窄，且价带上移变窄的特性，基区空穴向发射区 扩散比电子从发射区扩散到基区遇到更高的势垒，使得异质结比同质结的电 子、空穴注入比大很多，因而大大提高了晶体管的电流增益。因此，可以通 过改变Si_1-xGe_x基区锗组分调节电流增益，而不再受到基区掺杂的影响。而在 满足一定放大系数的前提下，基区可以重掺杂，而且可以做得较薄，以减少 载流子的基区渡越时间，从而使器件具有较高的特征频率。对于基区锗组分x 而言，x越大发射结两边的带隙差越大，而电流增益将随带隙差的增大以指数 增大。但是锗组分x并非可以任意增大，因为随着x的增大，Si_1-xGe_x化合物 的晶格失配就会增加。晶格失配会产生应变，形成失配错位，使器件的性能 退化，这可以通过在锗硅中掺入适量碳(C)元素而得以改善。目前业界采用 的外延设备多为单片反应腔进行制造锗硅或锗硅炭材料，但是由于锗硅之间 存在晶格失配问题，在单晶硅(集电极)上生长的材料极易出现材质不均而 导致质量不稳定，进而影响器件整体性能。