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<title>Heterojunction bipolar transistor</title>

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<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Heterojunction bipolar transistor</span></h1>

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<div id="mw-content-text" class="mw-body-content mw-content-ltr" lang="de" dir="ltr"><div class="mw-content-ltr mw-parser-output" lang="de" dir="ltr"><p>Der <b><span lang="en">Heterojunction Bipolar Transistor</span></b> (engl., <i>HBT</i> bzw. <i>HJBT</i>, dt. »Bipolartransistor mit Heteroübergang« bzw. »Heteroübergangs-Bipolartransistor«) ist ein <a href="Bipolartransistor" title="Bipolartransistor">Bipolartransistor</a> (BJT), dessen Emitter- bzw. Kollektormaterial anders als das der Basis gewählt ist. Dabei entsteht die namensgebende <a href="Heterostruktur" class="mw-redirect" title="Heterostruktur">Heterostruktur</a>. Er entspricht damit der bipolaren Ausführung eines <a href="High_Electron_Mobility_Transistor" class="mw-redirect" title="High Electron Mobility Transistor">High-Electron-Mobility-Transistors</a> (HEMT). Der HBT weist durch seine Heterostruktur eine sehr hohe <a href="Transitfrequenz" title="Transitfrequenz">Transitfrequenz</a> auf und findet daher vor allem in <a href="Hochfrequenz" title="Hochfrequenz">Hochfrequenzschaltungen</a> wie beispielsweise Sendeverstärkern Anwendung.

</p><p>Die Idee statt nur eines homogenen Halbleitermaterials unterschiedliche Materialien in einem Transistor einzusetzen geht auf <a href="William_Bradford_Shockley" title="William Bradford Shockley">William Shockley</a> aus 1951 zurück.<sup id="cite_ref-pat1_1-0" class="reference"><a href="#cite_note-pat1-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Die theoretische Ausarbeitung und Funktionsbeschreibung des Heteroübergangs-Bipolartransistors wurde 1957 von <a href="Herbert_Kroemer" title="Herbert Kroemer">Herbert Kroemer</a> entwickelt, welcher für seine Arbeiten zu Heterostrukturen im Jahr 2000 den <a href="Nobelpreis_f%C3%BCr_Physik" title="Nobelpreis für Physik">Nobelpreis für Physik</a> erhielt.<sup id="cite_ref-kroem1_2-0" class="reference"><a href="#cite_note-kroem1-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Aufbau_und_Funktion">Aufbau und Funktion</h2></div>

<p>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 <a href="Defektelektron" title="Defektelektron">Löchern</a> aus der Basis in den Emitterbereich begrenzt, da die Potentialbarriere im <a href="Valenzband" title="Valenzband">Valenzband</a> höher ist als im <a href="Leitungsband" title="Leitungsband">Leitungsband</a>. Damit kann im Bereich der Basis beim HBT eine wesentlich höhere <a href="Dotierung" title="Dotierung">Dotierung</a> erfolgen als beim BJT, wodurch die <a href="Ladungstr%C3%A4germobilit%C3%A4t" class="mw-redirect" title="Ladungsträgermobilität">Ladungsträgermobilität</a> in der Basis beim HBT steigt und gleichzeitig der Verstärkungsfaktor in etwa gleich bleibt. Diese wesentliche Eigenschaft wird im Bereich der <a href="Halbleitertechnik" title="Halbleitertechnik">Halbleitertechnik</a> in Form des <i>Kroemer-Faktors</i> gemessen.<sup id="cite_ref-kroem2_3-0" class="reference"><a href="#cite_note-kroem2-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>Die verwendeten Halbleitermaterialien für das Substrat, bestehend aus der Emitter- und Kollektorzone, sind überwiegend <a href="Silicium" title="Silicium">Silicium</a>, <a href="Galliumarsenid" title="Galliumarsenid">Galliumarsenid</a> oder <a href="Indiumphosphid" title="Indiumphosphid">Indiumphosphid</a>. In der <a href="Epitaxie" title="Epitaxie">Epitaxieschicht</a> der Basiszone kommen primär Legierungen wie <a href="Siliciumgermanium" title="Siliciumgermanium">Siliciumgermanium</a>, und je nach Anwendung, seltener verschiedene Verbundhalbleiter wie <a href="Aluminiumgalliumarsenid" title="Aluminiumgalliumarsenid">Aluminiumgalliumarsenid</a>, <a href="Indiumgalliumarsenid" title="Indiumgalliumarsenid">Indiumgalliumarsenid</a>, <a href="Galliumnitrid" title="Galliumnitrid">Galliumnitrid</a> oder <a href="Indiumgalliumnitrid" title="Indiumgalliumnitrid">Indiumgalliumnitrid</a> zum Einsatz. Bei dem häufig eingesetzten Siliciumgermanium werden dabei zusätzlich im Verlauf der Basiszone zum Kollektor die Menge an Germanium graduell erhöht, wodurch die <a href="Bandl%C3%BCcke" title="Bandlücke">Bandlücke</a> 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.

</p><p>Mit dem Heteroübergangs-Bipolartransistor lassen sich <a href="Schaltfrequenz" title="Schaltfrequenz">Schaltfrequenzen</a> von über 600 <a href="Hertz_(Einheit)" title="Hertz (Einheit)">GHz</a> erreichen. Der Rekord bei einzelnen Labormustern liegt bei einer Transitfrequenz von 710 GHz, basierend auf <a href="Indiumphosphid" title="Indiumphosphid">Indiumphosphid</a> in Kombination mit <a href="Indiumgalliumarsenid" title="Indiumgalliumarsenid">Indiumgalliumarsenid</a>.<sup id="cite_ref-rek1_4-0" class="reference"><a href="#cite_note-rek1-4"><span class="cite-bracket">[</span>4<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>Weite Verbreitung hat dieser Transistortyp beispielsweise im Hochfrequenzteil von <a href="Mobilfunk" title="Mobilfunk">Mobilfunkgeräten</a> gefunden. Weitere Anwendungen liegen im Bereich der <a href="Optoelektronik" title="Optoelektronik">Optoelektronik</a> in Form von schnellen <a href="Fototransistor" title="Fototransistor">Fototransistoren</a> für den Empfang von den optischen Signalen bei <a href="Lichtwellenleiter" title="Lichtwellenleiter">Lichtwellenleitern</a>. Gefertigt werden HBTs üblicherweise im <a href="Epitaxie" title="Epitaxie">Epitaxieverfahren</a>.

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>

<ul><li><span class="cite">Patent <a rel="nofollow" class="external text" href="https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?locale=de_EP&CC=US&NR=4683487">US4683487</a>: <i>Heterojunction bipolar transistor.</i> Veröffentlicht am <span style="white-space:nowrap;">28. Juli 1987</span>, Erfinder: Kiichi Ueyanagi, Susumu Takahashi, Toshiyuki Usagawa, Yasunari Umemoto, Toshihisa Tsukada.</span><span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Apatent&rft_id=US4683487&rft.applcc=US&rft.title=Heterojunction+bipolar+transistor&rft.inventor=Kiichi+Ueyanagi%2C+Susumu+Takahashi%2C+Toshiyuki+Usagawa%2C+Yasunari+Umemoto%2C+Toshihisa+Tsukada&rft.pubdate=1987-07-28">‌</span></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<span class="cite">Patent <a rel="nofollow" class="external text" href="https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/biblio?locale=de_EP&CC=US&NR=2569347A">US2569347A</a>: <i>Circuit element utilizing semiconductive material.</i> Veröffentlicht am <span style="white-space:nowrap;">25. September 1951</span>, Anmelder: Bell Labs, Erfinder: William Shockley.</span><span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Apatent&rft_id=US2569347A&rft.applcc=US&rft.title=Circuit+element+utilizing+semiconductive+material&rft.inventor=William+Shockley&rft.assignee=Bell+Labs&rft.pubdate=1951-09-25">‌</span></span>

</li>

Herbert Kroemer: <cite style="font-style:italic">Theory of a Wide-Gap Emitter for Transistors</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Proceedings of the IRE</cite>. <span style="white-space:nowrap">Band<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>45</span>, <span style="white-space:nowrap">Nr.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>11</span>, November 1957, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>1535–1537</span>, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1109/JRPROC.1957.278348">10.1109/JRPROC.1957.278348</a></span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Heterojunction+bipolar+transistor&rft.atitle=Theory+of+a+Wide-Gap+Emitter+for+Transistors&rft.au=Herbert+Kroemer&rft.date=1957-11&rft.doi=10.1109%2FJRPROC.1957.278348&rft.genre=journal&rft.issue=11&rft.jtitle=Proceedings+of+the+IRE&rft.pages=1535-1537&rft.volume=45" style="display:none"> </span></span>

</li>

Didier Decoster, Joseph Harari (Hrsg.): <cite style="font-style:italic">Optoelectronic Sensors</cite>. John Wiley & Sons, New York, NY 2013, ISBN 978-1-118-62292-6.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Heterojunction+bipolar+transistor&rft.btitle=Optoelectronic+Sensors&rft.date=2013&rft.genre=book&rft.isbn=9781118622926&rft.place=New+York%2C+NY&rft.pub=John+Wiley+%26+Sons" style="display:none"> </span></span>

</li>

Walid Hafez, William Snodgrass, Milton Feng: <cite style="font-style:italic">12.5 nm base pseudomorphic heterojunction bipolar transistors achieving f<sub>T</sub>=710GHz and f<sub>MAX</sub>=340GHz</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Applied Physics Letters</cite>. <span style="white-space:nowrap">Band<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>87</span>, <span style="white-space:nowrap">Nr.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>25</span>, 14. Dezember 2005, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>252109</span>, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.1063/1.2149510">10.1063/1.2149510</a></span>.<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Heterojunction+bipolar+transistor&rft.atitle=12.5+nm+base+pseudomorphic+heterojunction+bipolar+transistors+achieving+fT%3D710GHz+and+fMAX%3D340GHz&rft.au=Walid+Hafez%2C+William+Snodgrass%2C+Milton+Feng&rft.date=2005-12-14&rft.doi=10.1063%2F1.2149510&rft.genre=journal&rft.issue=25&rft.jtitle=Applied+Physics+Letters&rft.pages=252109&rft.volume=87" style="display:none"> </span></span>

</li>

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