兼具高电流增益和高击穿性能的电荷等离子体双极晶体管

为了兼顾高电流增益β和发射极开路集电结的高击穿电压V_(CBO)与基极开路集电极-发射极间的高击穿电压V_(CEO),有效提升电荷等离子体双极晶体管(bipolar charge plasma transistor,BCPT)的高压大电流处理能力,利用SILVACO TCAD建立了npn型BCPT的器件模型。考虑到双极晶体管的击穿电压主要取决于集电区掺杂浓度,首先研究了集电极金属对BCPT性能的影响。分析表明,BCPT集电区的电子浓度强烈依赖于电极金属的功函数,当采用功函数较大的铝(Al)作为集电极金属时,由于减小了金属-半导体接触的功函数差,降低了集电区中诱导产生的电子等离子体浓度,从而有效降低了集电结空间电荷区峰值电场强度,减小了峰值电子温度以及峰值电子碰撞电离率,因此,达到改善击穿电压V_(CBO)和V_(CEO)的目的。然而,集电区电子浓度的减小会引起基区Kirk效应,增大基区复合,降低β。为此,进一步提出了一种采用衬底偏压结构的BCPT,通过在发射区和基区下方引入正衬底偏压,调制发射区和基区有效载流子浓度,达到提高发射结注入效率、增大β的目的。结果表明:与仅采用锆(Zr)作为集电极金属的BCPT相比,该器件的峰值电流增益改善了21.69%,击穿电压V_(CBO)和V_(CEO)分别改善了12.78%和56.41%,从而有效扩展了BCPT的高功率应用范围。

双异质结单载流子传输光敏晶体管输出电流

详细对比并分析了双异质结单载流子传输光敏晶体管(Uni-travelling-carrier Double Heterojunction Phototransistor,UTC-DHPT)与单异质结光敏晶体管(Single Heterojunction Phototransistor,SHPT)在大的入射光功率范围下集电极输出电流特性.首先,UTC-DHPT仅选取窄带隙重掺杂的基区作为吸收区,与SHPT选取基区和集电区作为吸收区相比,其光吸收区厚度小,在小功率入射光下UTC-DHPT的输出电流小于SHPT的输出电流.其次,由于UTCDHPT的双异质结结构,光生电子和光生空穴产生于基区,减弱了SHPT因光生空穴在集电结界面积累而产生的空间电荷效应,避免了SHPT在小功率入射光下输出电流开始饱和的问题,从而UTC-DHPT获得了比SHPT更大的准线性工作范围.最后,UTC-DHPT的单载流子(电子)传输方式使得基区产生的光生空穴以介电弛豫的方式到达发射结界面,有效降低了发射结势垒,增加了单位时间内由发射区传输到基区的电子数量,提高了其发射结注入效率,在大功率入射光下UTC-DHPT比SHPT能获得更高的输出电流.