Quelltext der Seite Heterojunction bipolar transistor

Der '''{{lang|en|Heterojunction Bipolar Transistor}}''' (engl., ''HBT'' bzw. ''HJBT'', dt. »Bipolartransistor mit Heteroübergang« bzw. »Heteroübergangs-Bipolartransistor«) ist ein [[Bipolartransistor]] (BJT), dessen Emitter- bzw. Kollektormaterial anders als das der Basis gewählt ist. Dabei entsteht die namensgebende [[Heterostruktur]]. Er entspricht damit der bipolaren Ausführung eines [[High Electron Mobility Transistor|High-Electron-Mobility-Transistors]] (HEMT). Der HBT weist durch seine Heterostruktur eine sehr hohe [[Transitfrequenz]] auf und findet daher vor allem  in [[Hochfrequenz]]schaltungen wie beispielsweise Sendeverstärkern Anwendung.

Die Idee statt nur eines homogenen Halbleitermaterials unterschiedliche Materialien in einem Transistor einzusetzen geht auf [[William Bradford Shockley|William Shockley]] aus 1951 zurück.<ref name="pat1" /> Die theoretische Ausarbeitung und Funktionsbeschreibung des Heteroübergangs-Bipolartransistors wurde 1957 von [[Herbert Kroemer]] entwickelt, welcher für seine Arbeiten zu Heterostrukturen im Jahr 2000 den [[Nobelpreis für Physik]] erhielt.<ref name="kroem1" />

== Aufbau und Funktion ==
[[Datei:Npn heterostructure bands.svg|mini|Verlauf des Bandabstandes in einem NPN-HJBT. Die verschiedenen Halbleitermaterialien in den einzelnen Zonen sind durch unterschiedliche Farben symbolisiert.]]
Der Hauptunterschied zwischen BJT und HBT besteht in der Verwendung unterschiedlicher Halbleitermaterialien für den Emitter-Basis-Übergang und den Basis-Kollektor-Übergang, wodurch zwei Heteroübergänge entstehen. Dadurch wird bei einem NPN-HBT die Injektion von [[Defektelektron|Löchern]] aus der Basis in den Emitterbereich begrenzt, da die Potentialbarriere im [[Valenzband]] höher ist als im [[Leitungsband]]. Damit kann im Bereich der Basis beim HBT eine wesentlich höhere [[Dotierung]] erfolgen als beim BJT, wodurch die [[Ladungsträgermobilität]] in der Basis beim HBT steigt und gleichzeitig der Verstärkungsfaktor in etwa gleich bleibt. Diese wesentliche Eigenschaft wird im Bereich der [[Halbleitertechnik]] in Form des ''Kroemer-Faktors'' gemessen.<ref name="kroem2" />

Die verwendeten Halbleitermaterialien für das Substrat, bestehend aus der Emitter- und Kollektorzone, sind überwiegend [[Silicium]], [[Galliumarsenid]] oder [[Indiumphosphid]]. In der [[Epitaxie]]schicht der Basiszone kommen primär Legierungen wie [[Siliciumgermanium]], und je nach Anwendung, seltener verschiedene Verbundhalbleiter wie [[Aluminiumgalliumarsenid]], [[Indiumgalliumarsenid]], [[Galliumnitrid]] oder [[Indiumgalliumnitrid]] zum Einsatz. Bei dem häufig eingesetzten Siliciumgermanium werden dabei zusätzlich im Verlauf der Basiszone zum Kollektor die Menge an Germanium graduell erhöht, wodurch die [[Bandlücke]] am Kollektor zusätzlich schmäler wird, wie in nebenstehenden Diagramm dargestellt. Dies führt zu einer zusätzlichen Driftkomponente des Minoritätsladungsträgertransports durch die Basis, wodurch die Transitfrequenz weiter gesteigert werden kann.

Mit dem Heteroübergangs-Bipolartransistor lassen sich [[Schaltfrequenz]]en von über 600&nbsp;[[Hertz (Einheit)|GHz]] erreichen. Der Rekord bei einzelnen Labormustern liegt bei einer Transitfrequenz von 710&nbsp;GHz, basierend auf [[Indiumphosphid]] in Kombination mit [[Indiumgalliumarsenid]].<ref name="rek1" />

Weite Verbreitung hat dieser Transistortyp beispielsweise im Hochfrequenzteil von [[Mobilfunk]]geräten gefunden. Weitere Anwendungen liegen im Bereich der [[Optoelektronik]] in Form von schnellen [[Fototransistor]]en für den Empfang von den optischen Signalen bei [[Lichtwellenleiter]]n. Gefertigt werden HBTs üblicherweise im [[Epitaxie]]verfahren.

== Literatur ==
* {{Patent|Land=US|V-Nr=4683487|Titel=Heterojunction bipolar transistor|Erfinder=Kiichi Ueyanagi, Susumu Takahashi, Toshiyuki Usagawa, Yasunari Umemoto, Toshihisa Tsukada|V-Datum=1987-07-28}}

== Einzelnachweise ==
<references>
<ref name="pat1">
{{Patent
 | Land = US
 | V-Nr = 2569347A
 | Titel = Circuit element utilizing semiconductive material
 | V-Datum = 1951-09-25
 | Erfinder = William Shockley
 | Anmelder = Bell Labs
}}
</ref>
<ref name="kroem1">
{{Literatur
 |Autor=Herbert Kroemer
 |Titel=Theory of a Wide-Gap Emitter for Transistors
 |Sammelwerk=Proceedings of the IRE
 |Band=45
 |Nummer=11
 |Datum=1957-11
 |Seiten=1535–1537
 |DOI=10.1109/JRPROC.1957.278348}}
</ref>
<ref name="kroem2">
{{Literatur
 |Herausgeber=Didier Decoster, Joseph Harari
 |Titel=Optoelectronic Sensors
 |Verlag=John Wiley & Sons
 |Ort=New York, NY
 |Datum=2013
 |ISBN=978-1-118-62292-6}}
</ref>
<ref name="rek1">
{{Literatur
 |Autor=Walid Hafez, William Snodgrass, Milton Feng
 |Titel=12.5 nm base pseudomorphic heterojunction bipolar transistors achieving f<sub>T</sub>=710GHz and f<sub>MAX</sub>=340GHz
 |Sammelwerk=Applied Physics Letters
 |Band=87
 |Nummer=25
 |Datum=2005-12-14
 |Seiten=252109
 |DOI=10.1063/1.2149510}}

</ref>
</references>

[[Kategorie:Transistor]]