Transistor bipolar de heterounión para niños
Un transistor bipolar de heterounión (conocido como HBT por sus siglas en inglés) es un tipo especial de transistor de unión bipolar (BJT). La diferencia principal es que el HBT usa materiales semiconductores distintos para algunas de sus partes, creando una "heterounión".
Los HBT son mucho mejores que los BJT normales porque pueden manejar señales que cambian muy, muy rápido, ¡hasta cientos de GHz! Por eso, se usan en circuitos modernos que necesitan ser ultrarrápidos. Los encontrarás en sistemas de radiofrecuencia (RF) y en aparatos que necesitan usar la energía de forma muy eficiente, como los amplificadores de potencia de los teléfonos móviles.
La idea de usar una heterounión es bastante antigua, casi tan vieja como el transistor BJT original, y se patentó por primera vez en 1951. La teoría detallada de cómo funciona el transistor bipolar de heterounión fue desarrollada por Herbert Kroemer en 1957.
Contenido
¿De qué materiales están hechos los HBT?
La clave de los HBT es que usan diferentes materiales semiconductores para la unión entre el emisor y la base, y entre la base y el colector. Esto crea una "heterounión". Gracias a esto, se controla mejor el movimiento de las partículas eléctricas (llamadas "huecos") desde la base hacia el emisor.
A diferencia de los transistores BJT comunes, esta característica permite que la base tenga una alta concentración de dopaje (es decir, se le añaden impurezas para cambiar sus propiedades eléctricas). Esto reduce la resistencia de la base y ayuda a que el transistor funcione de manera eficiente. La efectividad de esta heterounión se mide con el "factor de Kroemer", por el cual Herbert Kroemer recibió el Premio Nobel en el año 2000.
Los materiales que se usan para la base de estos transistores incluyen el silicio, el arseniuro de galio y el fosfuro de indio. Para las capas que se añaden encima (llamadas capas epitaxiales), se usan aleaciones como silicio/silicio-germanio, arseniuro de aluminio y galio/arseniuro de galio y fosfuro de indio/arseniuro de indio y galio. Los semiconductores con una "banda prohibida" ancha, como el nitruro de galio y el nitruro de indio y galio, son muy prometedores para el futuro.
En algunos HBT de SiGe, la cantidad de germanio en la base cambia gradualmente. Esto hace que la "banda prohibida" (el espacio de energía que los electrones no pueden ocupar) sea más pequeña cerca del colector que cerca del emisor. Este cambio en la banda prohibida ayuda a que los electrones se muevan más rápido a través de la base, lo que aumenta la velocidad de respuesta del transistor.
¿Cómo se fabrican los HBT?
Para fabricar los HBT, especialmente sus capas base que son muy delgadas y tienen mucho dopaje, se usa una técnica llamada epitaxia de haces moleculares. Además de las capas del emisor, la base y el colector, se añaden otras capas con mucho dopaje a ambos lados del colector y el emisor. Estas capas ayudan a que la electricidad fluya bien hacia y desde el transistor. Se colocan después de usar fotolitografía y grabado para preparar la superficie. La capa que está debajo del colector, llamada subcolector, también es una parte activa del transistor.
Dependiendo de los materiales, se usan otras técnicas. Por ejemplo, IBM y otras empresas usan la deposición química en fase vapor en vacío ultraalto (UHVCVD) para los transistores de SiGe. Otras técnicas incluyen el MOVPE para sistemas específicos de materiales.
Generalmente, las capas que se añaden se "ajustan" a la estructura del material base. Si se ajustan casi perfectamente, el dispositivo se llama pseudomórfico. Si las capas no se ajustan perfectamente (a menudo separadas por una capa intermedia muy fina), se llama metamórfico.
¿Qué tan rápidos son los HBT?
Un transistor bipolar de heterounión pseudomórfica, desarrollado en la Universidad de Illinois, logró una velocidad de 710 GHz. Este transistor estaba hecho de fosfuro de indio y arseniuro de indio y galio, y sus partes (colector, base y emisor) tenían una composición que cambiaba gradualmente.
Además de ser muy rápidos, los HBT hechos de InP/InGaAs son excelentes para circuitos que combinan la electrónica con la luz (circuitos integrados optoelectrónicos). Las capas de la base, el colector y el subcolector pueden funcionar como un detector de luz. El material InGaAs es perfecto para detectar señales de láser infrarrojas de 1550 nm, que se usan en sistemas de comunicación por fibra óptica. Si el HBT se configura de cierta manera, puede funcionar como un fototransistor con una alta ganancia interna.
Los HBT también se usan en circuitos que mezclan señales analógicas y digitales, como los convertidores que transforman señales de audio o video de analógicas a digitales y viceversa.
Véase también
En inglés: Heterojunction bipolar transistor Facts for Kids
- Transistor de alta movilidad de electrones (HEMT)
Enlaces externos
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Esta obra contiene una traducción derivada de «Heterojunction bipolar transistor» de Wikipedia en inglés, concretamente de esta versión, publicada por sus editores bajo la Licencia de documentación libre de GNU y la Licencia Creative Commons Atribución-CompartirIgual 3.0 Unported.
- (15Mb, 230p)
- New Material Structure Produces World's Fastest Transistor 604 GHz Early 2005
