一种平面型双极晶体管及包括其的电路

本发明涉及半导体和集成光电子器件领域，具体涉及一种平面型双极晶体管及包括其的电路。

背景技术：

1、近年来，以5g、云计算、物联网、智能驾驶为代表的信息技术飞速发展，这推动着集成电路技术按照摩尔定律迅速进步，发展至今，集成电路工艺已经越来越逼近器件的物理极限，由此带来的损耗、发热、串扰等问题以及超高的工艺难度已经成为集成电路进一步发展的瓶颈。

2、为了解决这些问题，光子集成电路被提出，光子集成电路采用光信号作为信息载体，可实现大量信息的高速传输和并行处理，其利用片上光波导、耦合器、调制器，探测器和激光器等结构传输和处理光信号，与传统电子集成芯片相比，其具有速度快、保真性好、功耗低等优势。经过多年的发展，光子集成电路已经在光通信、光互连、光计算、光传感和量子信息等系统中占据了不可替代的位置。

3、光子集成电路虽然展现出多种电子集成电路所不具有的优势，但是其不能完全取代电子集成电路独立完成芯片功能。电子集成电路能够处理十分复杂的数字运算，但是光子集成电路更适合处理模拟信号。电子集成电路已经能够以极小的尺寸实现极高的集成度，但是光子集成电路的规模还有待进一步提升。目前，大部分的光子集成芯片仍与电子集成芯片结合使用，因此将集成光子芯片与集成电子芯片相结合构建光电融合集成芯片被认为是突破集成电路发展瓶颈的主要技术路径之一。

4、在光电融合集成芯片的研究中，因为光子集成电路和电子集成电路的材料体系十分相似，所以也有人提出在同一衬底上同时集成电子器件和光子器件的想法并做了初步尝试，这样的单片混合集成可以提高系统的稳定性并降低成本，然而这项技术目前并没有取得突破性的进展。设计适用于光子集成电路流片工艺的电子器件是实现单片光电混合集成的途径之一，但是目前此方面的技术十分短缺，因此亟需在光子集成芯片平台上设计实现高性能的电子器件，拓宽实现单片光电混合集成的途径，推动集成技术的可持续发展。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种平面型双极晶体管及包括其的电路。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明提供的平面型双极晶体管包括衬底，衬底的顶面为平面，以及在衬底上形成的功能区域；

4、所述的功能区域包括布局在晶体管表面的同一平面内的：

5、背景掺杂区域，掺杂有第一类杂质，两侧布置有基极掺杂区域和集电极掺杂区域；

6、基极掺杂区域，掺杂有第一类杂质，用于作为晶体管的基区；

7、集电极掺杂区域，掺杂有第二类杂质，用于作为晶体管的集电区，且与基极掺杂区域共同形成晶体管的集电结；

8、发射极掺杂区域，掺杂有第二类杂质，布置于基极掺杂区域内且面积小于基极掺杂区域，用于作为晶体管的发射区，且与基极掺杂区域共同形成晶体管的集电结。

9、各个功能区域的厚度相同，且功能区域的表面为平整面。

10、所述的基极掺杂区域、发射极掺杂区域和集电极掺杂区域掺杂浓度在厚度方向上在误差允许范围内相同，垂直于厚度方向的各处掺杂浓度可以不同。

11、所述的掺杂区域的掺杂浓度在厚度方向上均匀，无需对掺杂深度精密控制，与有源光子流片工艺兼容。

12、所述发射极掺杂区域的掺杂浓度大于基极掺杂区域的掺杂浓度，基极掺杂区域的掺杂浓度大于背景掺杂区域；

13、所述的集电极掺杂区域的掺杂浓度大于背景掺杂区域。

14、所述的功能区域还包括导体接触区域；

15、所述的基极掺杂区域、发射极掺杂区域和集电极掺杂区域的顶部各布置有一个导体接触区域，分别作为晶体管的基极、发射极和集电极，导体接触区域由所述的基极掺杂区域、发射极掺杂区域和集电极掺杂区域与外部导体接触形成，外部导体用于将载流子输入/输出至导体接触区域所在的掺杂区域，并实现双极晶体管的基极控制集电极电流的功能。

16、所述的第一类杂质为p掺杂材料，第一类杂质为n掺杂材料；或者第一类杂质为n掺杂材料，第一类杂质为p掺杂材料。

17、所述p掺杂材料例如采用硼、镓、铟。

18、所述n掺杂材料例如采用氮、磷、砷。

19、所述的平面型双极晶体管可以通过杂质扩散、离子注入等掺杂工艺实现，因为掺杂浓度在厚度方向上均匀，因此其与成熟的有源光子流片工艺兼容。

20、所述的平面型双极晶体管基于光子集成电路流片工艺，可在同一衬底上同时集成电子器件和光子器件，用于拓宽实现单片光电混合集成，推动集成技术的可持续发展。

21、所述的基极掺杂区域和集电极掺杂区域紧密布置。

22、或者，所述的基极掺杂区域和集电极掺杂区域间隔布置。

23、基极掺杂区域与集电极掺杂区域之间可以选择直接接触或者不直接接触，直接接触时有利于在集电极实现更大的电流，不直接接触时有利于降低集电结的电场强度，提高集电结的耐压能力。

24、所述平面型双极晶体管可以用于构建电路，包括所述平面型双极晶体管的电路包括逻辑门电路和数字电路。

25、本发明中的基极掺杂区域与发射极掺杂区域形成发射结，基极掺杂区域与集电极掺杂区域形成集电结，基极掺杂区域位于发射极掺杂区域与集电极掺杂区域之间。本发明具有的有益效果是：

26、本发明在同一平面内掺杂实现平面型双极晶体管，与现有的三维双极晶体管相比，掺杂浓度在厚度方向上几乎均匀，因此其与目前成熟的标准有源光子流片工艺兼容，极易与光波导结构在同一芯片上实现单片光电混合集成。本发明可以通过与之兼容的有源光子流片平台加工，在单个衬底上实现晶体管与光波导的混合集成，通过晶体管可以实现数字电路功能，并设计数模转换电路实现模拟电路功能，最终能在单个芯片上实现复杂的光子、电子混合集成系统，能够实现复杂的光电功能。此外，本发明还可以通过调整掺杂区的掺杂浓度或者调整基区、发射区和集电区在平面内的分布实现高增益、高耐压等优异性能。

技术特征：

1.一种平面型双极晶体管，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种平面型双极晶体管，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种平面型双极晶体管，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的一种平面型双极晶体管，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的一种平面型双极晶体管，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的一种平面型双极晶体管，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的一种平面型双极晶体管，其特征在于：

8.一种包括如权利要求1-7任一所述的平面型双极晶体管的电路，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种平面型双极晶体管及包括其的电路。本发明包括衬底，顶面为平面，以及在衬底顶面形成的功能区域；功能区域包括背景掺杂区域，掺杂第一类杂质，两侧对称布置有基极掺杂区域和集电极掺杂区域；基极掺杂区域掺杂第一类杂质，为晶体管的基区；集电极掺杂区域掺杂第二类杂质，为晶体管的集电区，且与基极掺杂区域形成集电结；发射极掺杂区域掺杂第二类杂质，布置于基极掺杂区域内，为晶体管的发射区，且与基极掺杂区域形成集电结；四个区域的掺杂厚度相同。本发明在同一平面内掺杂实现平面型双极晶体管，掺杂浓度在厚度方向上相同，极易与光波导结构在同一芯片上实现单片光电混合集成。

技术研发人员：李欢,胡寅鹏,戴道锌
受保护的技术使用者：浙江大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7