ترانزستور ثنائي القطب ذو وصلة غير متجانسة

الترانزستور ثنائي القطب ذو الوصلة غير المتجانسة ( HBT ) هو نوع من الترانزستورات ثنائية القطب (BJT) يستخدم مواد أشباه موصلات مختلفة لمنطقتي الباعث والقاعدة، مما يُنشئ وصلة غير متجانسة . يتميز الترانزستور ثنائي القطب ذو الوصلة غير المتجانسة بقدرته على التعامل مع إشارات ذات ترددات عالية جدًا، تصل إلى عدة مئات من الجيغاهرتز . يُستخدم بشكل شائع في الدوائر فائقة السرعة الحديثة، وخاصة أنظمة الترددات الراديوية (RF)، وفي التطبيقات التي تتطلب كفاءة طاقة عالية، مثل مضخمات طاقة الترددات الراديوية في الهواتف المحمولة . تعود فكرة استخدام الوصلة غير المتجانسة إلى قدم الترانزستور ثنائي القطب التقليدي، حيث يعود تاريخها إلى براءة اختراع من عام 1951. ^{[ 1 ]} وقد طوّر هربرت كرومر نظرية مفصلة للترانزستور ثنائي القطب ذي الوصلة غير المتجانسة في عام 1957. ^{[ 2 ]}

يكمن الاختلاف الرئيسي بين الترانزستور ثنائي القطبية (BJT) والترانزستور ثنائي القطبية غير المتجانس (HBT) في استخدام مواد أشباه موصلات مختلفة لوصلة الباعث-القاعدة ووصلة القاعدة-المجمع، مما يُنشئ وصلة غير متجانسة. ويؤدي ذلك إلى الحد من حقن الثقوب من القاعدة إلى منطقة الباعث، نظرًا لأن حاجز الجهد في نطاق التكافؤ أعلى منه في نطاق التوصيل. وعلى عكس تقنية الترانزستور ثنائي القطبية، يسمح هذا باستخدام كثافة تطعيم عالية في القاعدة، مما يقلل من مقاومة القاعدة مع الحفاظ على الكسب. تُقاس كفاءة الوصلة غير المتجانسة بمعامل كرومر. ^{[ 3 ]} وقد مُنح كرومر جائزة نوبل عام 2000 لأبحاثه في هذا المجال في جامعة كاليفورنيا، سانتا باربرا.

تشمل المواد المستخدمة في الركيزة السيليكون، وأرسينيد الغاليوم، وفوسفيد الإنديوم ، بينما تُستخدم سبائك السيليكون/السيليكون-الجرمانيوم ، وأرسينيد الغاليوم /الألومنيوم، وفوسفيد الإنديوم / أرسينيد غاليوم الإنديوم في الطبقات المترسبة. وتُعد أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق الواسعة ، مثل نتريد الغاليوم ونتريد غاليوم الإنديوم، واعدةً بشكل خاص.

في ترانزستورات السيليكون-الجرمانيوم ذات البنية غير المتجانسة المتدرجة ، تتدرج كمية الجرمانيوم في القاعدة، مما يجعل فجوة النطاق أضيق عند المجمع منها عند الباعث. ويؤدي هذا التدرج في فجوة النطاق إلى نقل مدعوم بالمجال في القاعدة، مما يسرع عملية النقل عبرها ويزيد من استجابة التردد.

نظراً للحاجة إلى تصنيع أجهزة HBT ذات طبقات أساسية رقيقة عالية التشويب، تُستخدم تقنية الترسيب الجزيئي الشعاعي بشكل أساسي. بالإضافة إلى طبقات القاعدة والباعث والمجمع، تُرسّب طبقات عالية التشويب على جانبي المجمع والباعث لتسهيل التوصيل الأومي ، وتُوضع هذه الطبقات على طبقات التلامس بعد تعريضها للضوء وحفرها. تُعدّ طبقة التلامس الموجودة أسفل المجمع، والتي تُسمى المجمع الفرعي، جزءاً فعالاً من الترانزستور.

تُستخدم تقنيات أخرى تبعاً لنظام المواد. تستخدم شركة IBM وغيرها تقنية الترسيب الكيميائي للبخار في فراغ فائق (UHVCVD) لسيليكون الجرمانيوم؛ وتشمل التقنيات الأخرى المستخدمة تقنية الترسيب الكيميائي للبخار المعدني العضوي (MOVPE) لأنظمة أشباه الموصلات من النوع III-V .

عادةً ما تكون الطبقات المترسبة متطابقة شبكياً (مما يحد من اختيار فجوة النطاق وما إلى ذلك). إذا كانت متطابقة شبكياً تقريباً، يكون الجهاز شبه متماثل ، وإذا كانت الطبقات غير متطابقة (غالباً ما تفصل بينها طبقة عازلة رقيقة)، يكون الجهاز متحولاً .

تم تطوير ترانزستور ثنائي القطب ذو وصلة غير متجانسة زائفة الشكل في جامعة إلينوي في أوربانا-شامبين ، مصنوع من فوسفيد الإنديوم وأرسينيد الإنديوم والغاليوم ، ومصمم بمجمع وقاعدة وباعث متدرج التركيب، وقد تم إثبات قدرته على القطع عند سرعة 710  جيجاهرتز. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

إلى جانب كونها فائقة السرعة، تُعدّ ترانزستورات HBT المصنوعة من InP / InGaAs مثاليةً للدوائر المتكاملة الكهروضوئية أحادية البنية. يتكون كاشف ضوئي من نوع PIN من طبقات القاعدة-المجمع-المجمع الفرعي. تعمل فجوة النطاق لـ InGaAs بكفاءة عالية في الكشف عن إشارات الليزر بالأشعة تحت الحمراء بطول موجي  1550 نانومتر ، المستخدمة في أنظمة الاتصالات الضوئية. ومن خلال تحيز ترانزستور HBT للحصول على جهاز نشط، نحصل على ترانزستور ضوئي ذي كسب داخلي عالٍ. ومن بين تطبيقات HBT الأخرى، دوائر الإشارات المختلطة مثل محولات التناظرية إلى الرقمية ومحولات الرقمية إلى التناظرية.

• ترانزستور عالي الحركة الإلكترونية (HEMT)
• ترانزستور MESFET

• NCSR HBT في Wayback Machine (تمت أرشفته في 4 أبريل 2008)
• دوائر إلكترونية ضوئية من نوع HBT تم تطويرها في معهد التخنيون (15 ميجابايت، 230 بيكو)
• بنية مادية جديدة تُنتج أسرع ترانزستور في العالم بسرعة 604  جيجاهرتز (أوائل عام 2005)