双极晶体管电路元件制造技术

本发明专利技术为一种双极晶体管电路元件，包括：半导体基片；配制在基片上的基极层、发射极层和集电极层；由集电极、基极和发射极层构成的双极晶体管；由该基极层部分构成的基极平衡电阻；与该基极平衡电阻并联连接的基极并联电容。基极并联电容包括基极输入接区部分；设置该基极电极接区部分上的电介质膜和一个设置在电介层上的第二电极。基极平衡电阻相对于发射极平衡电阻具有较高的电阻值，所以容易大量制造，并具有好的均匀性。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到一种双极晶体管电路元件，该双极晶体管电路元件包括一个可以是异质结双极晶体管(HBT)的双极晶体管。在双极日体管中，在晶体管的集电极电流和温度之间有一种正反馈关系。在包括有许多指状发射极的双极晶体管中，由于自加热与特定指状发射极传送的电流有关，所以各指状发射极工作在不同的温度下，即具有一种不均匀的温度分布。因为各指状发射极之间温度的分布，使得一些指状发射极比另一些指状发射极要热。由于较热的指状发射极比较凉的指状发射极传送更多的电流，当各指状发射极的温度变化时，通过几个或甚至单个指状发射极流动的电流密度会增大。所以因为自加热效应的缘故，要使一个集电极电流在带有多于一个指状发射极的晶体管中的许多指状发射极之间均匀分布是不可能的。而晶体管的少数几个指状发射极中的电流集中可能造成该晶体管的热击穿和毁坏。为了防止晶体管的热击穿，传统的双极晶体管电路元件包括一个与双极晶体管的发射极串联的发射极平衡电阻。该发射极平衡电阻使该电路元件的热阻降低，并为阻止热击穿提供某些自动控制。在这种双极晶体管电路元件中，因为发射极电流通过该发射极平衡电阻器，所以确定集电极电流的发射极一基极结电压根据发射极平衡电阻两端的电压降被自动控制。图8用示意图说明一个包括发射极平衡电阻的传统双极晶体管电路元件。该发射极平衡电阻可以是固定在一个半导体基片上的薄膜电阻，该半导体基片包括该双极晶体管，设置(例如通过离子注入)在基片中的电阻，在发射极层和通过基片的欧姆性接触之间的一个恒定电阻，或配制在不同的半导体材料的发射极层上的一种半导体材料的延伸层。该电路元件的热阻可以借助通过发射极电极散热以及从包括该双极晶体管的半导体基片的表面散热来降低。在传统的双极晶体管电路元件中，该平衡电阻与双极晶体管的发射极连接，去控制发射极—基极结电压。然而，那种连接常常会增大电路元件的热阻，以致需要再减小该热电阻。另外，当该发射极平衡电阻的电阻值太大时，使晶体管的射频(RF)功率增益会出现不希望的降低。为了避免热阻过大和射频功率增益的降低，该发射极平衡电阻通常具有比较低的电阻值，例如小于10欧姆。然而，要可靠地成批生产具有这样低的电阻的晶体管而又没有显著电阻偏差是非常困难的。本专利技术的目的之一是提供一种双极晶体管电路元件，它能够可靠地制造而其电气特性又没有很大偏差。这种电路元件中射频增益不过分降低，且从双极晶体管的发射极的散热不受干扰。本专利技术的第二方面，双极晶体管电路元件包括一个半导体基片；依次设置在该基片上的一个基极层；一个发射极层和一个集电极层；一个由该集电极、基极和发射极层部分构成并包括一个电气上与基极层连接的基极电极和一个用于与基极层形成外部连接的基极电极接区的双极晶体管；一个由与双极晶体管绝缘的且电气上将基极电极与基极电极接区连接的基极层部分构成的基极平衡电阻器；以及一个与基极平衡电阻器并联连接的基极并联电容器。其中基极并联电容器包括基极输入接区部分、一个设置在基极电极接区部分上的电介质膜，和设置在电介质层上与基极电极接区部分对置的且电气上与双极晶体管的基极电极连接的第二电极。根据本专利技术的另一种情况，双极晶体管电路元件包括一个半导体基片；依次设置在该基片上的一个基片层、一个发射极层、一个集电极层；一个由该集电极、基极和发射极层构成的并包括一个电气上与基极层连接的基极电极和一个用于与基极层形成外部连接的基极电极接区的双极晶体管；一个由与双极晶体管绝缘的和电气上使基极电极与基极电极接区连接的基极层部分构成的基极平衡电阻器；以及一个与基极平衡电阻器并联连接的基极并联电容器。其中基极并联电容器包括与该双极晶体管绝缘的基极和发射极层部分和一个电气上与包括在该电容器中且电气上与基极输入接区连接的发射基层部分接触电极。下面根据一些较佳实施例，结合附图对本专利技术进行说明。但对本
内的那些技术人员而言，在本专利技术的精神实质范围内会对所叙述的各实施例进行各种改型和补充。本专利技术囊括了所有这些改型、补充和它们的等同物。附图说明图1是根据本专利技术的一个实施例的双极晶体管电路元件的示意图。图2(a)是根据本专利技术的一个实施例的异质结双极晶体管电路元件的一张平面示意图和图2(b)和2(c)是分别取自沿图2(a)的2b-2b和2c-2c线的断面图。图3是根据本专利技术的一个实施例的异质结双极晶体管电路元件中及一个没有平衡电阻器的相似的异质结双极晶体管电路元件中各指状发射极的温度分布图。图4是根据本专利技术的一个实施例的异质结双极晶体管电路元件中及一个没有平衡电阻器的相似的异质结双极晶体管电路元件中各指状发射极的电流密度分布图。图5是根据本专利技术的一个实施例的异质结双极晶体管电路元件的电流—电压特性。图6是没有平衡电阻器的异质结双极晶体管电路元件的电流—电压特性。图7(a)是根据本专利技术的一个实施例的异质结双极晶体管电路元件平面图，而图7(b)及图7(c)分别是沿图7(a)的7b-7b和7c-7c线的断面图。图8是带有一个发射极平衡电阻器的传统双极晶体管的示意图。在所有的图中，相同的元件给以相同的参考号。图1是根据本专利技术的一个实施例的双极晶体管电路元件的示意图。该双极晶体管可以是异质结双极晶体管或一个传统的双极晶体管。图1的电路元件包括一个与该晶体管的基极B电气上连接的基极平衡电阻器1。该晶体管包括一个集电极C和一个发射极E。一个基极并联电容器2与该基极平衡电阻器1并联连接。在先有技术的晶体管元件中，该发射极平衡电阻器具有标准的7欧母电阻值。如果在图1的晶体管中，该基极电流为IB且发射极电流为IE，为了产生一个电压降等于由常规7欧姆发射极平衡电阻器产生的电压降，该基极平衡电阻器的电阻RB可以由以下公式确定RBIB＝7IE假定晶体管的增益为40，即，IE/IB＝40，则该基极平衡电阻器应该具有280欧姆的电阻值，以提供如同先有技术结构的7欧姆发射极平衡电阻器相同的效果。由于该基极平衡电阻器比传统的发射极平衡电阻器大得多，从电路元件到电路元件的生产和再生产就更为容易。根据本专利技术的双极晶体管电路元件中的射频损失由RB/(1＋jωCBRB)的实部确定，这里CB是该基极并联电容器2的电容值，ω为角频率，而j2为-1。在12×109赫兹时，RB为280欧姆和CB为300微微法时，公式的实部大约为7欧姆。换言之，在12×109赫兹，而基极平衡电阻器为280欧姆，基极并联电容1为300微微法时，达到的工作条件与具有7欧姆电阻值的发射极平衡电阻器与该双极晶体管电路元件中的双极晶体管的发射极相连接时相同。如果该基极并联电容器的电容值增大，则射频损失减小。根据本专利技术的一个双极晶体管电路元件的优化设计，需要考虑该晶体管占据的半导体基片面积。图2(a)、2(b)和2(c)是根据本专利技术的一个实施例的异质结n-p-n双极晶体管电路元件的平面图和断面图。图2(a)、2(b)和2(c)示出的是一种大得多的晶体管部件的双极晶体管电路元件。图2(c)示出包括单个指状发射极和相关的基极平衡电阻器及基极并联电容器的双极晶体管电路元件。在一个典型的高频晶体管器件中，存在10或20个指状发射极。该结构包括10个或更多个与图2(a)中所示的基本断面一样的断面。所有的这些断面并联连接，以增大功率输出，且一般沿一条直线排列。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一个双极晶体管电路元件，包括：一个半导体基片；依次设置在基片上的一个基极层、一个发射极层和一个集电极层；一个双极晶体管，它由集电极、基极和发射极层部分构成并包括一个电气上与该基极层连接的基极电极和用于与该基极层形成外部连接的基极 电极接区；一个基极平衡电阻器，它由与该双极晶体管绝缘的基极层部分构成，并在电气上将该基极电极与该基极电基的接区连接；和一个基极并联电容器，它与该基极平衡电阻器并联连接，其中该基极并联电容器包括一个基极接区部分、一个设置在该基极电极接 区部分上的电介质膜，和一个设置在电介质层上与基极电极部分对置且电气上与该双极晶体管的基极电极连接的第二电极。

【技术特征摘要】
JP 1995-4-7 083011/951.一个双极晶体管电路元件，包括一个半导体基片；依次设置在基片上的一个基极层、一个发射极层和一个集电极层；一个双极晶体管，它由集电极、基极和发射极层部分构成并包括一个电气上与该基极层连接的基极电极和用于与该基极层形成外部连接的基极电极接区；一个基极平衡电阻器，它由与该双极晶体管绝缘的基极层部分构成，并在电气上将该基极电极与该基极电基的接区连接；和一个基极并联电容器，它与该基极平衡电阻器并联连接，其中该基极并联电容器包括一个基极接区部分、一个设置在该基极电极接区部分上的电介质膜，和一个设置在电介质层上与基极电极部分对置且电气上与该双极晶体管的基极电极连接的第二电极。2.权利要求1的双极晶体管电路元件其中，该发射极层和基极层是不同的半导体材料。3.权利要求2的双极晶体管电路元件，其中，该发射极层为铝镓砷，而该基极层为砷化镓。4.权利要求2的双极晶体管电路元件，其中，该发射极层为硅，而该基极层为硅锗。5.权利要求2的双极晶体管电路元件，其中，该基极层是包含铟的III—V复合半导体。6.权利要求1的双极晶体管电路元件，其中，该发射极层和基极层为相同的半导体材料。7.权利要求1的双极晶体管电路元件，包括一个设置在该发射极层上的发射极接触层。8.权利要求1的双极晶体管电路元件，包括一个设置在该集电极层和该半导体基片之间的集电极接触层。9.权利要求8的双极晶体管电路元件，其中该电介质层为氮化硅。10.一个双极晶体管电路元件，包括一个半导体基片；依次设置在该...

【专利技术属性】
技术研发人员：三井茂，园田琢二，紫村辉之，高宫三郎，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]