[发明专利]动能调制热电子晶体管

说明书

本发明涉及一种热电子晶体管，更具体地说，涉及一种具有两个异质结结构的动能调制式热电子晶体管。

热电子晶体管是一种超高速固体器件，早在1960年Mead（C.A.Mead.Proc.IRE.Vol.48.PP359-361（1960））就已提出，60年代曾有不少工作，但都因当时的工艺条件限制没能成功。近年来，由于分子束外延等先进工艺技术的发展，这一课题又重新提上日程。1980年Heiblum（M.Heiblum.Solid    State    Electronics    Vol.24.PP343-366（1981））对此作了详细的回顾，并提出异质结结构，此后，Shannon（J.M.Shannon    IEE    J.Solid    State    &    Electron    Devices    Vol.3PP142-144（1979）），Malik（R.J.Malik    et    al.Tech.PaPers    on    8th    Bien.conf.Cornell    University.PP75-85（1981）），Yokoyama（（N.Yokoyama    et.al    Digest    of    1984    IEDM    PP532-536（1984）），Hase（I    Hase    et，al    Electron    Letts.Vol.21PP757-758（1985））等人都先后报导了初步的实验结果。

上述的“异质结结构”热电子晶体管，在好些方面均和双极晶体管相似。图1A为其结构剖视图;图1B为这样一个异质结结构晶体管的能带图。两个电极1设置于台面上，用以连接射极和基极。射极层、基极层和集电极层由GaAs以及Ga0.65Al0.35As组成。在这些层之间设有势垒层2及4。

该器件由两个异质结构成，亦即射基结和基集结，每一个异质结包括有一个势垒层。当加上一个偏压时，就会形成一个三角形的势垒3（见图1B）。射基间的偏压越高，则靠近射极一侧的势垒壁的有效厚度就越小。射极内的电子，就可以按照隧道效应而穿过该势垒，然后越过基区及集电极势垒，最终达到集电极。这里，输入及输出电流的幅值是受输入电压控制的。

迄今为止，这一类结构中的主要问题是：由于基区中的散射以及势垒处的量子力学反射，电流传输系数α不高（约为0.7），这样，器件的增益就比较低，此外，由于发射结势垒很薄，结电容比较大，使高频特性受到限制。

本发明提出了热电子晶体管的一种新结构，称为动能调制热电子晶体管。它包括一个射极、一个基极和一个集电极，其中基极分别籍输入和输出异质结而与射极、集电极隔离开。输入异质结包括一个较薄的势垒层以及一个较厚的电子漂移区，所述漂移区位于所述势垒层及基极之间。由射极发射出来的电子，按照隧道效应，能通过前述较薄的势垒层。同样，输出异质结亦包括一个较薄的势垒层以及一个位于所述势垒层与集电极之间的、较厚的电子漂移区。

这样一种新结构的晶体管中，输入电压并不改变输入电流的幅值，而是调制输入电子束的动能，以及电子渡越输出端的集电极势垒的几率，从而控制了电流传输系数α和输出电流。

附图说明如下：图1A为常用异质结热电子晶体管的结构剖视图;图1B为常用异质结热电子晶体管的能带图;图2为本发明所述动能调制热电子晶体管的能带图，图中E-发射极，B-基极，C-集电极。

以下结合附图，详细说明本发明所述动能调制热电子晶体管。

图2中各部分名称、材料、掺杂情况、厚度如下表：

序号    名称    材料    掺杂浓度    厚度

5 发射极 GaAs N⁺.3.10¹⁸cm^-3

6 发射极势垒 Ga0.65Al0.35As N^-50

7 发射极漂移区 GaAs N.2.10¹⁵cm^-31000

8 基区 GaAs N.2.10¹⁷cm^-3500

9 集电极势垒 Ga0.65Al0.35As N^-200

10 集电极漂移区 GaAs N.2.10¹⁵cm^-32000

11 集电极 GaAs N⁺.3.10¹⁸cm^-3