3 Vorteile und Anwendungsgebiete von SiGe- HBTs
Für besonders schnelle Bauelemente scheinen Halbleitermaterialien, wie GaAs und andere III/V Halbleiter besonders prädestiniert zu sein. Aber aus verschiedenen Gründen (z.B. Kosten, Reproduzierbarkeit und Schaltungskomplexität) wird das Grundmaterial Si bevorzugt.
Die Anwendung des HBT- Konzepts ist vergleichsweise neu im Vergleich zur Realisierung von Transistorstrukturen mit III/V- Halbleitersystemen.
Eine entscheidende Triebkraft in dieser Hinsicht war die Entwicklung von Herstellungstechniken, die mit der Siliziumtechnologie kompatibel sind. Über die technologischen Hintergründe des Herstellungsprozesses von SiGe- HBTs kann man der Literatur (1) ausführliche Informationen entnehmen.
Die HBTs auf Si/SiGe- Basis weisen eine Reihe von Vorteilen auf, die ihre Anwendung in Hochgeschwindigkeitsschaltkreisen ermöglichen. Einige Vorteile von SiGe- HBTs im Hinblick auf konventionelle Bipolartransistoren ist die Einsatzmöglichkeit als sehr schnelle Verstärkerbauelemente in Informations- und Verarbeitungs-systemen bei hohen Frequenzen.
Es wurden bereits Stromverstärkungen von 5000 und Transitfrequenzen bis 75 GHz bei Raumtemperatur gemessen (2).
Doch dies sind nur einzelne Parameter, für integrierte Schaltungen treten insbesondere parasitäre Kapazitäten, Induktivitäten und Widerstände auf, die es zu berücksichtigen gilt. Bei einem HBT lassen sich, im Vergleich zu einem Homobipolartransistor sehr hohe Basisdotierungen
(z.B. NB ≥ 1019 /cm3) einbringen. Diese höhere Basisdotierung hat einen niedrigeren Basisbahnwiderstand zur Folge, der ein wichtiges parasitäres Element darstellt. Alle Vorteile eines SiGe- HBTs sind jedoch nicht gleichzeitig wirksam, sondern werden den entsprechenden Erfordernissen angepasst.
Die Gesamtheit dieser Vorteile (kleinerer Basiswiderstand, kleinere Basistransitzeit, höherer Emitterwirkungsgrad) in Verbindung mit der technologischen Anpassung an die modernen Verfahren der Si- Strukturierung ergeben eine solide Basis für die weitere Entwicklung der HBTs.
Einige weiterreichende Aspekte in dieser Hinsicht sind in der Literatur (3) und (4) enthalten. Eine Übersicht über die wichtigsten Anwendungsgebiete von HBTs ist in (5) und (6) dargelegt.
(1) Iyer et al. “Heterojunction bipolar transistors using SiGe alloys”, IEEE Trans. on Elektron Devices, vol. 36, no. 10, Oct. 1989
(2) Schreiber und Bosch, “Si/SiGe HBTs für integrierte Schaltungen höchster Geschwindigkeit”, Universität Bochum, April 1992
(3) Chen et al. “a submicron high performance bipolar technology”, IEEE Elektron Device Lett., vol. 10,1989,
(4) Ning and Tang, “Bipolar trends”, IEEE Proc., vol. 74, pp. 1669-1677, 1989,
(5) Taylor and Simmons, “The bipolarinversion channel field effect transistors (BICFET)-A new field effect solid state device: Theory and structure”, Trans. on Elektron Devices , vol. ED-32, pp. 2345-2367, Nov 1985
(6) Taylor and Simmons, “Demonstration of a p-channel BICFET in the GexSi1-x/ Si – system”, IEEE Elektron Device Lett., vol. 10, pp. 14-16, 1989
