Design of small size of power transistor while keeping the power performance is one of the key issues for power amplifier applications. In order to achieve high power drivability, the transistor's breakdown voltage and current density are also needed to be high enough with maintaining small size. Because of GaAs-based HBT is superior to field-effect transistor in these characteristics, the HBT is most promising device in power amplifier applications. A new structure of InGaP/GaAs HBT for MMIC power amplifier application was devised in this work. The HBT which is characterized by dual emitter fingers surrounding a base finger, has been fabricated with a standard $4\mum$ emitter-width process. The performance has been analyzed in the aspect of D.C. characteristics, thermal effect, power density, and small signal gain performance comparing to conventional HBT structure which has single emitter with dual base finger. The dual emitter structure has been simulated and measured in thermal behavior for high power application. The proposed dual emitter structure has been identified to have following key advantages in the power amplifier application compared to the conventional structure.
1) The collector current density can be increased a factor of two compared to the conventional device.
2) The junction temperature of the dual emitter structure is lower than that of conventional device, so the dual emitter structure is kept from current gain collapse without emitter resistance.
3) Because of less degradation due to thermal limitation, the collector current range of optimum $f_T$ and $f_max$ can be doubled.
4) The 1B2E structure has maximum available gain of above 23 dB at 2 GHz, which is enough gain for the power amplifier of 2 stages.
전력증폭기의 소형화에 대한 노력이 하나의 주된 연구로 자리잡고 있다. 이러한 연구노력의 하나로서, 높은 전력 구동력을 위해서 작은 크기를 가지면서도 높은 항복전압과 전류밀도를 가지는 트랜지스터가 요구되어진다. 갈륨비소 전계 효과 트랜지스에 비해, 이와 같은 측면에서 갈륨비소 계열의 HBT 우수성으로 인해서 GaAs HBT는 전력증폭기 설계에 자주 사용되어진다. 본 연구에서는, 하나의 베이스 전극을 4μ폭을 가지는 두개의 에미터로 둘러싸는 형태의 dual emitter HBT를 구현하고, 직류 특성, 온도에 따른 특성, 전력밀도와 소신호 이득 특성을 상용 구조의 이종 접합 트랜지스터와 비교 분석하였다. 또한 개별소자에 대한 온도 구배를 시뮬레이션하고 이에 대한 효과를 측정하였다. 본 연구에서 제안하는 dual emitter HBT의 장점으로는,
1) 상용되는 HBT에 비해 콜렉터 전류밀도가 2배 증가한다.
2) 상용되는 이종접합 트랜지스터보다 온도 상승이 적어, 에미터 저항을 추가하지 않아도 전류이득 붕괴현상이 쉽게 일어나지 않는다.
3) 열적 제한을 적게 받음으로 인해서 적정한 차단주파수와 최대공진주파수를 유지하는 컬렉터 전류 범위가 두 배정도 증가한다.
4) 2 GHz 에서 최대 전력이득이 23dB 까지 얻을 수 있어, 두 단어로 전력증폭기를 구성있어, 소형화 및 높은 전력 이득을 얻을 수 있다.
본 연구의 결과, 본 연구에서 제안하는 dual emitter HBT는 전력증폭기용 소자로서 매우 좋은 특성을 보여줌을 확인하였다.
