KR19980041071A - 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터 - Google Patents

Abstract

베이스와 에미터 사이에 양자우물층을 형성하여 베이스에서 에미터로의 캐리어의 유입을 억제하고 계면전하에 의한 누설전류를 감소시킴으로써 이들에 의한 잡음발생을 억제하는 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터를 제공함을 목적으로 하고 있다.

이와 같은 본 발명의 목적은 에미터, 베이스 및 콜렉터 영역을 포함하는 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터에 있어서, 상기 에미터 및 베이스 사이에는 적어도 하나 이상의 양자우물을 형성한 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터의 구조에 의해 달성된다.

Description

헤테로정션 바이폴라 트랜지스터

본 발명은 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터(Heterojunction Bipolar Transistor)에 관한 것으로, 특히 베이스와 에미터 사이에 양자우물(Quantum Well)을 형성함으로써, 베이스에서 에미터로 유입되는 캐리어에 의한 잡음 및 헤테로정션에 따른 계면(Interface)에서의 계면전하(Interface Charge)에 의한 잡음을 경감시키는 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터에 관한 것이다.

헤테로정션 바이폴라 트랜지스터는 기존의 바이폴라 정션 트랜지스터(Bipolar Junction Transistor : BJT)의 결점을 보완하기 위해 고안된 소자로써, 그 일예를 들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 에미터, 베이스, 콜렉터 및 콜렉터 접촉층은 각각 n^-형 AlGaAs, P⁺형 GaAs, n^-형 GaAs, n⁺형 GaAs를 형성되어 있으며, 그 에너지 밴드 다이어그램은 도시된 바와 같은 모양을 갖는다.

상기와 같은 트랜지스터 구조 장점은 첫째는 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터의 에미터를 에너지 밴드갭이 큰 물질을 사용하여 형성함으로써 베이스로부터 에미터로 유입되는 캐리어를 적게 하여 이 캐리어에 의한 노이즈를 최소화 할수 있고, 둘째는 에미터의 밴드갭이 크기 때문에 베이스의 도핑농도를 높게 하더라도 에미터로 유입되는 캐리어가 적으므로 베이스 농도를 높게 함으로써 베이스 저항을 줄임과 동시에 콤몬베이스(Common Base) 증폭기를 쓸 경우 전압이득을 높일 수 있다는 점이다.

그리고 도 1에 도시된 에미터와 베이스 사이의 에너지 밴드갭 차이, 즉, 전도대 에너지 준위(Ec)의 에미터와 베이스의 에너지 밴드캡 차이 ΔEc와, 가전자대 에너지 준위(Ev)의 에미터와 베이스 에너지 밴드캡 차이 ΔEv이 값이 클수록 상술한 두가지 장점이 최대가 된다.

그러나 상기 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터는 전술한 두번째 장점, 즉 베이스 도핑을 높게 하면 ΔEc가 크게 된다 하더라도 베이스에서 에미터로 유입되는 캐리어는 증가하게 되므로 전술한 첫번째 장점의 효과가 떨어지게 되며 바이폴라 트랜지스터와 달리 베이스와 에미터가 다른 물질로 제조되기 때문에 계면(Interface)이 존재하게 되고 이로 인해 계면전하(Interface Charge)에 의한 새로운 잡음이 발생하게 된다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 종래의 이와 같은 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 베이스와 에미터 사이에 양자우물을 형성하여 베이스에서 에미터로의 캐리어의 유입을 억제하고 계면저하에 의한 누설전류를 감소시킴으로써 이들에 의한 잡음발생을 억제하는 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터를 제공함을 목적으로 하고 있다.

도 1은 종래의 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터의 에너지 밴드구조를 모식적으로 나타낸 도면,

도 2는 양자우물층의 양자화 에너지 준위를 모식적으로 나타낸 도면,

도 3은 본 발명의 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터의 에너지 밴드구조를 모식적으로 나타낸 도면이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10, 11 : 양자우물층Ec : 전도대 에너지 준위

Ev : 가전자대 에너지 준위

ΔEc : 에미터와 베이스간의 전도대 에너지 준위의 차이

ΔEv : 에미터와 베이스간의 가전자대 에너지 준위의 차이

이와 같은 본 발명의 목적은 에미터, 베이스 및 콜렉터 영역을 포함하는 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터에 있어서, 상기 에미터 및 베이스 사이에는 적어도 하나 이상의 양자우물을 형성한 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터의 구조에 의해 달성된다.

또한 본 발명의 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터의 구조에 있어서, 상기 복수개 형성되는 경우의 양자우물은 에미터쪽의 양자우물의 폭이 베이스쪽의 양자우물의 폭보다 좁게 형성하는 것이 바람직하다.

도 2는 사각형 양자우물이 양자화 되었을 때 양자화 에너지 준위를 나타낸 것으로, 양자역학에 의하면, 도 2와 같은 사각우물의 양자화 에너지 준위는 캐리어의 질량 m, 양자수 n, 및 양자우물의 폭 L에 의해 En = n²h²/8mL²으로 결정된다. 본 발명에서 m은 전자의 유효질량과 정공의 유효질량으로 구분할 수 있으며, n은 편의상 n=1인 경우만을 언급한다. 따라서 양자화 준위는 양자우물의 폭 L에 의하여 결정된다고 할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예를 도시한 것으로, 이 실시예에서는 npn형의 예를 나타낸 것이다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 에미터 베이스 콜렉터 및 콜렉터 접촉층을 n^-AlGaAs, P⁺GaAs, n^-GaAs 및 n⁺GaAs로 형성하고 2개의 양자우물(10, 11)을 에미터와 베이스 사이에 형성하였다. 실시예에서는 양자우물(10, 11)은 2개 형성하였다.

이것은 2개로만 한정되는 것이 아니라 필요에 따라서는 하나의 양자우물, 또는 3개 이상의 양자우물을 형성하여도 된다.

본 실시예에서는 에미터쪽의 양자우물(10)의 폭 L₁은 베이스쪽의 양자우물(11)은 폭 L₂보다 좁게 형성한다(L₁L₂).

이때 양자우물(10)에서의 양자화 준위()는 양자우물(11)에서의 양자화 준위() 보다는 크다. 즉 L₁L₂이므로 E₍₁₎E₍₂₎이다.

그러나 정격 동작전압을 인가한 상태에서는 에너지 밴구조가 도 3과 같다. 즉 정격동작전압 상태에서는 E'₍₁₎과 E'₍₂₎는 같은 에너지 값을 가지며 이것은 또한 베이스의 전도대 에너지 준위 EC(Ec, base)와도 비슷한 값을 같도록 한다.

이러한 점을 기준으로 양자우물(10, 11)의 각각의 폭 L₁, L₂를 정할 수 있다.

이때 각 양자우물에서의 총에너지 밴드캡은 양자우물(10)쪽이 크므로 가전자대에서는 에너지 밴드캡 차이만큼 준위차가 발생한다.

이경우 양자역학의 이론에 의하면, 양자우물(10)과 양자우물(11)의 전도대(Conduction Band) 에너지가 같으므로 전자는 양쪽의 양자우물(10, 11)을 터널링하여 이동된다. 그러나 가전자대(Valance Band) 에너지 준위는 어느 정도 차이가 존재하게 되므로 정공은 베이스에서 에미터 쪽으로 흘러가지 못한다.

따라서 전자는 에미터에서 방출되어 에미터로 들어갈 수 있으나 정공은 베이스에서 에미터로 유입되지 못하므로 이와 같은 누설전류에 의한 잡음이 제거된다.

또한 계면전하에 의해 발생하는 캐리어들도 위와 같은 효과로 인해 전자는 베이스 쪽으로 움직일 수 있으나 정공은 에미터 쪽으로 이동할 수 없게 되어 계면전하에 의한 누설전류가 감소된다.

본 발명은 npn형의 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터의 예를 들었으나 이것에 한정되는 것은 아니며 PNP형의 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터에도 적용할 수 있음은 말할것도 없다.

이상과 같이 본 발명의 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터에 의하면 에미터와 베이스 사이에 적어도 하나 이상의 양자우물을 형성함으로써 베이스 저항을 줄이고 콤먼베이스 증폭기로 쓸 경우 전압이득을 놓이기 위해 베이스 도핑을 높게 하더라도 베이스에서 에미터로 유입되는 캐리어가 증가되지 않을 뿐만 아니라 계면전하에 의하여서도 에미터로 유입되는 캐리어가 감소되어 이들에 의한 잡음이 크게 줄어들게 되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 에미터, 베이스 및 콜렉터 영역을 포함하는 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터에 있어서,

   상기 에미터와 베이스 영역 사이에 적어도 하나 이상의 양자우물층을 형성함을 특징으로 하는 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터.
2. 제1항에 있어서,

   상기 양자우물을 복수개로 형성될 때, 에미터쪽의 폭이 베이스의 양자우물의 폭보다 좁게 형성함을 특징으로 하는 헤테로정션 바이폴라 트랜지스터.