阅读说明：本技术 功率放大器的量子阱热感测 (Quantum well thermal sensing for power amplifiers ) 是由 陶耿名 李夏 杨斌 于 2018-04-11 设计创作，主要内容包括：一种异质结双极性晶体管(HBT)热感测器件,包括作为HBT子集电极和HBT基底之间的层的阱结构。在一个实例中,该HBT子集电极接触HBT热感测器件的发射极、集电极和基极。该HBT热感测器件还包括与量子阱结构电接触的第一侧电极和与量子阱结构电接触的第二侧电极。(A Heterojunction Bipolar Transistor (HBT) thermal sensing device includes a well structure as a layer between an HBT subcollector and an HBT substrate. In one example, the HBT subcollector contacts the emitter, collector and base of the HBT thermal sensing device. The HBT thermal sensing device further comprises a first side electrode in electrical contact with the quantum well structure and a second side electrode in electrical contact with the quantum well structure.)

功率放大器的量子阱热感测

技术领域

本公开总体上涉及无线通信系统，并且更具体地，涉及基于异质结双极性晶体管的功率放大器(PA)的热感测。

背景技术

无线通信系统中的无线设备(例如，蜂窝电话或智能电话)可以包括射频(RF)收发机，以发射和接收用于双向通信的数据。移动RF收发机可以包括用于数据传输的发射部分和用于数据接收的接收部分。对于数据传输，发射部分可以使用数据来调制RF载波信号以获得调制的RF信号，放大调制的RF信号以获得具有适当输出功率等级的放大的RF信号，并且通过天线将放大的RF信号发射到基站。对于数据接收，接收部分可以经由天线获得接收的RF信号，并且可以放大和处理接收的RF信号以恢复由基站发射的数据。

移动RF收发机的发射部分可以放大和发射通信信号。发射部分可以包括一个或多个用于放大和发射通信信号的电路。放大电路可以包括一个或多个放大级，该放大级可以具有一个或多个驱动级和一个或多个功率放大级。每个放大级均包括一个或多个晶体管，该晶体管被以各种方式配置以放大通信信号。为了支持诸如载波聚合之类的通信增强，通常选择被配置为放大通信信号的晶体管以在大幅度提高的频率下工作。

载波聚合在移动RF收发机中的实现，使无线载波能够通过为单个通信流同时使用多个频率来增加可用带宽。在越来越多的数据被提供给终端用户的同时，载波聚合的成功实现使移动RF收发机中功率放大器的热功率规范复杂化。由于通常不使用CMOS(互补金属-氧化物-半导体)工艺来制造RF功率放大器，因此这些热功率规范被进一步复杂化。由于化合物半导体材料(例如第III列和第V列(III-V)或第II列和第IV列(II-VI))通常显示出差的导热能力，因此在诸如基于异质结双极性晶体管(HBT)的功率放大器之类的化合物半导体器件(例如III-V或II-VI)中很难满足热功率规范。

发明内容

异质结双极性晶体管(HBT)热感测器件包括HBT基底和HBT有源器件，该有源器件包括接触发射极、集电极和基极的子集电极。HBT热感测器件还可以在HBT有源器件和HBT基底之间包括量子阱结构。该HBT热感测器件可以进一步包括与量子阱结构电接触的第一侧电极和与量子阱结构电接触的第二侧电极。

一种制造异质结双极性晶体管(HBT)热感测器件的方法包括形成HBT有源器件。该方法还包括在HBT有源器件的基底上形成量子阱结构。该方法可以进一步包括形成与量子阱结构电接触的第一电极以及形成与量子阱结构电接触的第二电极。

异质结双极性晶体管(HBT)热感测器件包括HBT基底和HBT有源器件，该有源器件包括接触发射极、集电极和基极的子集电极。该HBT热感测器件还可以在HBT有源器件和HBT基底之间包括量子阱结构。该HBT热感测器件可以进一步包括用于电接触量子阱结构的第一装置和用于电接触量子阱结构的第二装置。

这已经相当概括地概述了本公开的特征和技术优点，以便可以更好地理解下一部分的详细描述。下面将描述本公开的附加的特征和额外的优点。本领域技术人员应当认识到本公开可以被容易地用作为修改或设计用于实现与本公开相同的目的的其他结构的基础。本领域技术人员还应该认识到这样的等效构造不背离如所附权利要求中所阐述的本公开的教导。当结合附图考虑时，从下一部分的描述中可以更好地理解新特征以及附加的目标和优点，就其组织和操作方法而言，这些新特征被认为是本公开的特点。然而，应当明确地理解，每一幅附图仅是出于说明和描述的目的而提供，并且不旨在作为对本公开的限制的定义。

附图说明

图1示出了根据本公开的一方面的与无线系统通信的无线设备。

图2A至2D示出了根据本公开的多个方面的载波聚合(CA)的四个示例。

图3示出了根据本公开的一方面的图1中的无线设备的框图。

图4是半导体热电偶塞贝克效应的示意图的示例。

图5图示了用于散热的p型量子阱结构的示例。

图6图示了异质结双极性晶体管(HBT)器件的示例。

图7图示了用于减小功率或散热的异质结双极性晶体管(HBT)功率放大器。

图8图示了图7的HBT功率放大器的温度轮廓的示例热图像。

图9A图示了根据本公开的多个方面的用于功耗的异质结双极性晶体管(HBT)热感测器件。

图9B图示了根据本公开的多个方面的用于功耗的另一异质结双极性晶体管(HBT)热感测器件。

图10图示了根据本公开的多个方面的用于减小功率或散热的异质结双极性晶体管(HBT)功率放大器。

图11是图示根据本公开的多个方面的制造异质结双极性晶体管(HBT)热感测器件的方法的流程图。

图12是图示其中可以有益地采用本公开的一方面的示例性无线通信系统的框图。

具体实施方式

以下结合附图阐述的详细说明旨在作为各种配置的说明，而并非旨在表示可以实践本文所述的概念的唯一配置。本详细说明包括具体细节以提供对各种概念的深入理解。然而，对于本领域技术人员而言，显而易见的是，这些概念可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在某些情况下，以框图形式示出了公知的结构和组件，以避免模糊这些概念。

如在此所述，术语“和/或”的使用旨在表示“包括性或”，而术语“或”的使用旨在表示“排除性或”。如在此所述，在整个说明书中使用的术语“示例性”是指“用作示例、实例或说明”，并且不必一定被解释为比其他示例性配置优选或有利。在整个说明书中使用的术语“耦合”是指“连接，无论是直接地还是通过中间连接(例如开关)、电气、机械或其他方式的间接地”，并且不必限于物理连接。此外，连接可以使得对象被永久地连接或可释放地连接。可以通过开关进行连接。

出于成本和功耗的考虑，移动射频(RF)芯片设计(例如移动RF收发机)的制造在深亚微米工艺节点变得复杂。移动RF收发机的其他设计挑战包括模拟/RF性能考量，包括失配、噪声和其他性能考量。这些移动RF收发机的设计复杂性通过为支持诸如载波聚合之类的通信增强而增加的电路功能而被进一步复杂化。载波聚合在移动RF收发机中的实现使无线载波能够通过为单个通信流同时使用多个频率来增加可用带宽。

在更多的数据被提供给终端用户的同时，载波聚合的成功实现使移动RF收发机中功率放大器的热规范复杂化。例如，在移动RF收发机中，通信信号被发射部分放大和发射。发射部分可以包括一个或多个放大和发射通信信号的电路。放大电路可以包括一个或多个放大级，该放大级可以具有一个或多个驱动级和一个或多个功率放大级。每个放大级均包括一个或多个晶体管，该晶体管被以各种方式配置以放大通信信号。但是，通常选择被配置为放大通信信号的晶体管以在大幅度提高的频率工作，这进一步使热功率规范复杂化。

由于通常不使用CMOS(互补金属-氧化物-半导体)工艺来制造RF功率放大器，因此这些热功率规范被进一步复杂化。由于第III列和第V列(III-V)或第II列和第IV列(II-VI)化合物半导体材料通常显示出差的导热能力，因此在诸如基于异质结双极性晶体管(HBT)的功率放大器之类的III-V或II-VI化合物半导体器件中很难满足热功率规范。

双极性晶体管，也称为双极性结型晶体管(BJT)，是一种使用包括空穴电荷和电子载流子的电荷载流子的晶体管。双极性晶体管在集成电路中被制造并且也可用作独立的组件。双极性晶体管被设计用于放大电流。双极性晶体管的这项基本功能使其成为实现放大器和开关的合理选择。因此双极性晶体管被广泛地用于电子设备中，例如移动电话、音频放大器和无线电发射器。

异质结双极性晶体管(HBT)是一种双极性晶体管，其将不同的半导体材料用于器件的发射极和基极区域，从而产生异质结。异质结双极性晶体管可以使用III-V化合物半导体材料、II-VI化合物半导体材料或者其他类似的化合物半导体材料。III-V(和II-VI)化合物半导体材料通常表现出高载流子迁移率和直接能隙。通过支持大幅度提高的频率(例如高达几百千兆赫兹(GHz))，异质结双极性晶体管在双极性晶体管上有所改进。因此，异质结双极性晶体管经常被用在高速电路中，例如指定高功率效率的RF芯片设计，其包括移动RF收发机中的RF功率放大器。

异质结双极性晶体管(HBT)集成电路(HBT芯片)可以包括HBT以提供功率放大器。不幸的是，移动电话中的功率放大器(例如3G/4G HBT功率放大器)可能会遇到散热问题。尤其，在设计基于HBT的功率放大器中的一个重大挑战是热稳定性，这可能会减小安全工作区域的尺寸。因此，对于基于HBT的功率放大器，散热变得越来越成问题。实际上，由基于HBT的功率放大器使用的化合物半导体材料可能会导致局部的热的热点。由于局部的热的热点被嵌入在设备中，因此这可能会降低冷却热点和实现低结温的能力。用于实现低结温的常规冷却方案包括散热器、散热片和/或改进的印刷电路板。简单地增加散热片和/或散热器的尺寸的常规技术在小型设备(例如智能手机)中是不切实际的。

这种热不稳定性可能是因为HBT集电极内部，例如基于HBT的功率放大器的发射极/基极区下方产生的大量热量。此外，相对于非化合物半导体材料，用于制造基于HBT的功率放大器的化合物半导体材料(例如砷化镓(GaAs))是热的不良导体(例如比硅(Si)差四倍)—因为热量不能容易地从基底扩散。而且，HBT发射极/基极材料(例如铟镓砷(InGaAs)/磷化铟镓(InGaP))相对于GaAs表现出差的导热性(例如差八倍)。

结合化合物半导体材料(例如支撑InGaAs/InGaP发射极/基极材料的GaAs基底)的基于HBT的功率放大器会导致热导率进一步降低(例如降低30倍)。这些化合物半导体材料共同导致增加的热量，这些热量不易扩散到HBT发射极的顶部。由于更高的工作频率，这些热问题会被未来的5G和5G+功率放大器进一步加剧，该更高的工作频率转化为产生热量的更高的动态功率。当前的HBT结构中没有有效的散热器来处理5G HBT的散热问题。

此外，HBT功率级可能表现出不均匀的温度轮廓。如果感应装置从功率级被分离，可能很难检测该温度轮廓。因此HBT结温度的感测可能是不准确的。这些热问题会对基于HBT的功率放大器的性能产生负面影响。

本公开可以通过阱结构(诸如量子阱、超晶格结构等)作为HBT子集电极与HBT基底之间的层来解决该问题。在一种配置中，在HBT子集电极和阱结构之间提供了隔离层。在本公开的该方面，热侧电极与阱结构是电接触的，并且与HBT发射极对准。热电极可被用于监测结温来控制HBT偏置以改善基于HBT的功率放大器的性能。该热电极可以是从基底到阱结构的背面电极。还可以提供冷侧电极作为从基底到阱结构的背面电极。

图1示出了与无线通信系统120通信的无线设备110。该无线通信系统120可以是5G系统、长期演进(LTE)系统、码分多址(CDMA)系统、用于移动通信(GSM)系统的全球系统、无线局域网(WLAN)系统或一些其他无线系统。CDMA系统可以实现宽带CDMA(WCDMA)、时分同步CDMA(TD-SCDMA)、CDMA2000或CDMA的其他版本。为了简单起见，图1示出了包括两个基站130和132以及一个系统控制器140的无线通信系统120。无线系统通常可以包括任意数量的基站和任意数量的网络实体。

无线设备110也可以被称为用户设备(UE)、移动台、终端、接入终端、订户单元、站等。该无线设备110可以是移动电话、智能手机、平板电脑、无线调制解调器、个人数字助理(PDA)、手持设备、笔记本电脑、智能本、上网本、无绳电话、无线本地环路(WLL)站、蓝牙设备等。无线设备110可能能够与无线通信系统120进行通信。无线设备110可能还能够接收来自广播站(例如广播站134)的信号、来自一个或多个全球导航卫星系统(GNSS)中的卫星(例如卫星150)的信号。无线设备110可以支持一种或多种用于无线通信的无线电技术，例如LTE、CDMA2000、WCDMA、TD-SCDMA、GSM、802.11等。

无线设备110可以支持载波聚合，该载波聚合是对多个载波的操作。载波聚合也可以被称为多载波操作。根据本公开的一方面，无线设备110可能能够在从698到960兆赫兹(MHz)的低频段、从1475到2170MHz的中频段和/或从2300到2690的高频段、从3400到3800MHz的超高频段，以及从5150MHz到5950MHz的LTE非授权频段(LTE-U/LAA)中的长期演进(LTE)中工作。低频段、中频段、高频段、超高频段和LTE-U是指五组频段(或频段组)，并且每个频段组均包括多个频段(或简称为“段”)。例如，在一些系统中，每个频段均可以覆盖高达200MHz，并且可能包括一个或多个载波。例如在LTE中每个载波均可能覆盖高达40MHz。当然，每个频段的范围仅是示例性的而不是限制性的，并且可以使用其他频率范围。LTE版本11支持35个频段，这些频段被称为LTE/UMTS频段并且被列在3GPP TS 36.101中。在LTE版本11中，无线设备110可以在一个或两个频段中被配置以多达5个载波。

通常，载波聚合(CA)可以被分为两种类型：段内CA和段间CA。段内CA是指在相同频段内的多个载波上的操作而段间CA是指在不同频段中的多个载波上的操作。

图2A示出了连续段内CA的示例。在图2A所示的示例中，无线设备(例如无线设备110)在相同频段中被配置以四个连续的载波。该相同频段是中频段。该无线设备可以在相同频段内的多个连续载波上发射和/或接收传输。

图2B示出了非连续段内CA的示例。在图2B所示的示例中，无线设备(例如无线设备110)在相同频段中被配置以四个非连续的载波。该相同频段是中频段。载波可以相隔5MHz、10MHz或一些其他的量。该无线设备可以在相同频段内的多个非连续载波上发射和/或接收传输。

图2C示出了相同频段组中的段间CA的示例。在图2C所示的示例中，无线设备(例如无线设备110)在相同频段组的两个频段中被配置以四个载波。该相同频段是中频段。该无线设备可以在相同频段组中的不同频段(例如图2C中的中频段1(MB1)和中频段2(MB2))中的多个载波上发射和/或接收传输。

图2D示出了不同频段组中的段间CA的示例。在图2D所示的示例中，无线设备(例如无线设备110)在不同频段组中的两个频段中被配置以四个载波，包括在低频段中的一个频段中的两个载波以及在中频段中的另一个频段中的两个附加的载波。该无线设备可以在不同频段组(例如，图2D中的低频段和中频段)中的不同频段中的多个载波上发射和/或接收传输。图2A至2D示出了载波聚合的四个示例。载波聚合也可以被支持以用于频段和频段组的其他组合。例如，载波聚合可以被支持以用于低频段和高频段、中频段和高频段、高频段和高频段、以及其他具有超高频段和非授权频谱中的长期演进(LTE-U)的频段组合。

图3示出了诸如图1所示的无线设备110之类的无线设备300的示例性设计的框图。图3示出了可以是无线收发机(WTR)的收发机320的示例。通常，发射机330和接收机350中的信号的调节可以通过一个或多个放大级、滤波级、升频级、降频级等而被执行。这些电路块可以不同于图3中所示配置而被布置。此外，图3中未示出的其他电路块也可以被用于调节发射机330和接收机350中的信号。除非另有说明，图3中的任何信号或附图中的任何其他图形可以是单端的或差分的。图3中的一些电路块也可以被省略。

在图3所示的示例中，无线设备300通常包括收发机320和数据处理器310。数据处理器310可以包括用于存储数据和程序代码的存储器(未示出)，并且通常可以包括模拟和数字处理元件。收发机320可以包括支持双向通信的发射机330和接收机350。通常，无线设备300可以包括用于任意数量的通信系统和频段的任意数量的发射机和/或接收机。收发机320的全部或一部分可以在一个或多个模拟集成电路(IC)、射频(RF)集成电路(RFIC)、混合信号IC等上实现。

可以用超外差架构或直接转换架构来实现发射机或接收机。在超外差架构中，信号在多个阶段中在射频和基带之间被频率转换，例如，对于接收机，在一个阶段中从射频到中频(IF)，然后在另一阶段中从中频到基带。在直接转换架构中，信号在一个阶段中在射频和基带之间被频率转换。超外差和直接转换架构可以使用不同的电路块和/或具有不同的要求。在图3所示的示例中，发射机330和接收机350是用直接转换架构实现的。

在发射路径中，数据处理器310处理要被发射的数据。数据处理器310还将同相(I)和正交(Q)模拟输出信号提供给发射路径中的发射机330。在一个示例性的方面，数据处理器310包括数模转换器(DAC)314a和314b，用于将由数据处理器310生成的数字信号转换为同相(I)和正交(Q)模拟输出信号(例如I和Q输出电流)进行进一步处理。

在发射机330中，低通滤波器332a和332b分别对同相(I)和正交(Q)模拟发射信号进行滤波，以去除由在前的数模转换引起的不期望的图像。放大器(Amp)334a和334b分别放大来自低通滤波器332a和332b的信号，并提供同相(I)和正交(Q)基带信号。升频器340将同相(I)和正交(Q)基带信号与来自TX LO信号发生器390的同相(I)和正交(Q)发射(TX)本地振荡器(LO)信号升频，以提供升频后的信号。滤波器342对升频后的信号进行滤波以去除由升频引起的不期望的图像以及接收频段中的噪声。功率放大器(PA)344放大来自滤波器342的信号以获得期望的输出功率等级并提供发射射频信号。发射射频信号通过双工器/开关346路由并通过天线348发射。

在接收路径中，天线348接收通信信号并提供接收到的射频(RF)信号，该接收到的射频(RF)信号通过双工器/开关346路由并被提供给低噪声放大器(LNA)352。双工器/开关346被设计为与特定的接收(RX)至发送(TX)(RX-to-TX)双工器频率分离一起工作，从而使RX信号与TX信号隔离。接收的RF信号由LNA 352放大并由滤波器354滤波，以获得期望的RF输入信号。降频混频器361a和361b将滤波器354的输出与来自RX LO信号发生器380的同相(I)和正交(Q)接收(RX)LO信号(即LO_I和LO_Q)混合以生成同相(I)和正交(Q)基带信号。同相(I)和正交(Q)基带信号由放大器362a和362b放大，并由低通滤波器364a和364b进一步滤波以获得同相(I)和正交(Q)模拟输入信号，该同相(I)和正交(Q)模拟输入信号被提供给数据处理器310。在所示的示例性配置中，数据处理器310包括模数转换器(ADC)316a和316b，用于将模拟输入信号转换为数字信号以供数据处理器310进一步处理。

图3中，发射本地振荡器(TX LO)信号发生器390生成用于升频的同相(I)和正交(Q)TX LO信号，而接收本地振荡器(RX LO)信号发生器380生成用于降频的同相(I)和正交(Q)RX LO信号。每个LO信号都是具有特定基频的周期信号。锁相环(PLL)392从数据处理器310接收计时信息，并生成被用于调节来自TX LO信号发生器390的TX LO信号的频率和/或相位的控制信号。类似地，PLL382接收来自数据处理器310的计时信息，并生成被用于调节来自RX LO信号发生器380的RX LO信号的频率和/或相位的控制信号。

无线设备300可以支持载波聚合，并且可以(i)接收由一个或多个信元以不同的频率在多个下行链路载波上发射的多个下行链路信号和/或(ii)将多个上行链路信号发射给多个上行链路载波上的一个或多个信元。对于段内载波聚合，传输是在同一频段的不同载波上发送的。对于段间载波聚合，传输是在不同频段的多个载波上发送的。然而，本领域技术人员将理解，本文描述的方面可以在不支持载波聚合的系统、设备和/或架构中实现。

功率放大器344可以包括具有例如驱动级、功率放大级或其他组件的一个或多个级，其可以被配置为在一个或多个频率上、在一个或多个频段中以及在一个或多个功率等级放大通信信号。但是，配置为放大通信信号的晶体管通常被选择以工作在大幅度提高的频率，这使热功率规范进一步复杂化。异质结双极性晶体管通过支持大幅度提高的频率(例如高达几百千兆赫兹(GHz))来改进双极性晶体管。因此，异质结双极性晶体管经常用于高速电路，例如包括移动RF收发机中的RF功率放大器的指定高功率效率的RF芯片设计。

图4是半导体热电偶塞贝克效应的示意图的一个示例。塞贝克效应是在不同热电材料的接合处将热量直接转换为电能。热电材料是一类将温差转化为电能的材料，反之亦然。这种材料利用塞贝克效应来发电。热电材料上的温度梯度会导致带电载流子在该梯度上的扩散，从而在材料的热端和冷端之间产生电压差。因此，在存在温度差的情况下，热电材料可以用作发电机。

图4示出了塞贝克元件的结构400。该结构包括第一导电构件(例如n型半导体)402和第二导电构件(例如p型半导体)404。第二导电构件404具有与第一导电构件402的塞贝克系数不同的塞贝克系数。

第一导电构件402的第一表面408和第二导电构件404的第一表面410被接合到第一接合构件406(例如通过欧姆接触)。第一接合构件406经由被加热表面422(例如导热材料)被加热到温度T1，并且构成高温部分。第一导电构件402的第二表面412被接合至第二接合构件416(例如通过欧姆接触)，并且第二导电构件404的第二表面414被接合至第三接合构件418(例如通过欧姆接触)。第二接合构件416和第三接合构件418被设定为温度T2，并且构成低温部分，使得T1＞T2。冷却表面(例如散热器)420可以被耦合至第二接合构件416和第三接合构件418。

当第一导电构件402和第二导电构件404的两个表面具有不同的温度(T1和T2)时，获得电势。例如，当第一接合构件406被保持在高温(T1)并且第二接合构件416和第三接合构件418被保持在低温(例如室温T2)时，根据塞贝克效应产生电压(例如热电动势)，该电压与第一接合构件406、第二接合构件416和第三接合构件418之间的温度差成比例。

热电材料的塞贝克效应效率根据以下等式被表征为品质因数(ZT)：

其中，S是塞贝克系数或热功率；

σ是电导率；

k是热导率；并且

T是绝对温度。

从等式1可以看出，增大的(或大的)塞贝克系数和电导率以及相应减小的(或小的)热导率导致增大的(或大的)品质因数(ZT)。

一些半导体结构(例如量子阱)的热电效率(例如塞贝克效应效率)表现出相对于其他半导体结构(例如大多数半导体结构)有利的热和电特性。半导体结构的一个示例如图5中所示。

图5图示了用于散热的p型量子阱结构500的示例。量子阱结构500可以包括硅锗/硅(SiGe/Si)量子晶格。SiGe/Si量子晶格可以包括p型Si势垒和无掺杂的SiGe阱，二者交替地层叠在整个量子阱结构500中。例如，量子晶格的一层包括p型Si势垒，其后是包括无掺杂的SiGe的另一层，以此类推。在一些实施方式中，层的数量可以是十二到二十。

SiGe/Si量子阱结构500的热电效率优于大多数半导体结构。该优点可能是由于载流子被限制在SiGe/Si量子阱结构500中，其增加了费米能量附近的每单位体积的状态的局部密度。费米能量是量子力学中的一个概念，通常指的是在绝对零温度下非相互作用费米子的量子系统中最高和最低占据的单粒子态之间的能量差。载流子(例如电子和空穴)的限制提高了载流子密度和迁移率，并减小了热导率。该优点还可能是由于因为量子阱界面处的声子限制和声子散射而导致的降低的热导率。但是，SiGe/Si量子阱结构受制于降低功耗的应变。

一些设备(例如功率放大器)具有难以满足的复杂的热功率规范。热功率规范可以是基于器件的半导体结构实现。一些功率放大器可以用双极性晶体管(例如异质结双极性晶体管(HBT))实现，如图6所示。

图6图示了异质结双极性晶体管(HBT)器件600的示例。HBT器件600可以包括发射极610、接触发射极610的基极602、接触基极602的集电极614以及接触集电极614的子集电极616。发射极610包括发射极触点624，基极包括基极触点604，并且集电极包括集电极触点620。子集电极616可以由化合物半导体基底618支撑。在一些实现方式中，发射极610的厚度为两百(200)纳米(nm)，而基底602的厚度小于一百纳米(100nm)。此外，集电极614的厚度为一千五百纳米(1500nm)，并且子集电极616的厚度为六百纳米(600nm)。发射极610的宽度为两微米，而基底的厚度为两百微米。这些数值仅是示例性的，其他数值也是可能的。

发射极610可以由砷化铟镓(InGaAs)、砷化镓(InGaAs)和/或磷化镓铟(GaInP)组成。基极602、集电极614和子集电极616均可以由砷化镓(GaAs)组成。这些材料仅是示例性的，并且可以使用其他材料。

根据本公开的一方面，子集电极616可以由III-V化合物半导体材料或II-VI化合物半导体材料组成。这些化合物半导体材料可以包括但不限于砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、氮化镓(GaN)、镓锑(GaSb)、磷化镓(GaP)、砷化铟镓(InGaAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、磷化铟镓(InGaP)、磷化铝镓(AsGaP)、铝镓锑(AlGaSb)、铟镓锑(InGaSb)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)、砷化铟镓磷化物(InGaAsP)、砷化铟镓铟(InGaAsSb)或砷化铟镓：氮化物(InGaAs:N)。这些仅是示例性的，其他材料也是可能的。

如所指出的，因为HBT器件600结合了化合物半导体材料(例如支撑InGaAs/InGaP发射极/基极材料的GaAs集电极)，所以HBT器件600的热导率极差。因此来自热源630的热量被储存在HBT器件600的集电极614和基极602中。如果没有某种消散来自热源630的热量的方式，HBT器件600可能被损坏并且可能最终失效。为了减轻散热，某些实现方式使用集成在功率放大器中的热感测器件，如图7中所示。

图7示出了用于减轻功耗的HBT功率放大器700。HBT功率放大器700可以包括HBT器件710的第一行702、HBT器件710的第二行704、HBT器件710的第三行706、HBT器件710的第四行708以及热感测器件714。热感测器件714可以包括HBT器件。HBT功率放大器700的每一行包括八个HBT器件710。热感测器件可以靠近可能变得最热的HBT器件的行而被放置。热感测(例如利用热感测器件714)可以基于器件的性能与温度之间的关系，其中器件的性能随着升高的温度而降低。例如，当热感测器件714受到来自HBT器件710的热量时，热感测器件714的电性能可以被监控。HBT功率放大器700的一些参数可以基于对热感测器件714的监控而被调节，以减轻功耗。

在正常工作中，HBT功率放大器700内部的每个HBT器件710的结温均可以高达200℃。当然，该较高的结温不是优选的，因为它可能导致器件烧毁或降低器件的可靠性。热感测器件714可以被包括在HBT功率放大器700中，以减轻功耗。由于空间限制，在HBT功率放大器700中使用单个或有限数量的热感测器件714。被放置在HBT功率放大器700中的有限数量的热感测器件714不足以准确地捕获HBT功率放大器700内的散热。例如，有限数量的热感测器件714不足以捕获多个过热点的位置，这导致测量不准确。

此外，常规的热感测器件714与HBT器件710处于相同的芯片级，并且不能准确地感测直接在HBT器件710下方的结温。例如，尽管常规热感测器件714可以在相同的芯片级上感测热量(例如，630)，常规热感测器件714可能无法准确地捕获远低于该芯片级的热量。此外，热感测器件714可能位于距离HBT器件710超过二十或三十微米的位置，因此热感测器件714不能检测每个HBT器件710。一些HBT器件的位置离热感测器件714更远(例如超过两百或三百微米)。

尽管HBT功率放大器700包括其他电路和控制，但是HBT功率放大器700的最热的区域是包括HBT器件710的功率输出级。HBT功率放大器700的功耗的另一个问题是每行的HBT器件710均不同地工作。HBT功率放大器700的多个过热点位置在图8中被图示。

图8图示了图7的HBT功率放大器700的温度轮廓的示例热图像800。在HBT功率放大器700工作期间，减轻功耗取决于转移和移动热点802。拍摄四行HBT器件710的热图像(例如红外图像)，第一行702最热，其次是第二行704。这种不均匀性带来了功耗的问题，包括与热感测器件714的放置有关的问题。尽管该热图像800中的大多数热点位于区域802A中，但是这些热点是移动的(就在HBT功率放大器700中的位置而言)，并且遍布HBT功率放大器700。在每个可能的热点上放置热感测器件714是有挑战性的或不可能的。

不幸的是，设计基于HBT的功率放大器中的一个重大挑战是热稳定性，这可能会减小安全工作区域的尺寸。在基于HBT的功率放大器中，散热变得越来越成问题。特别是，基于HBT的功率放大器所使用的化合物半导体材料可能会导致局部热的热点。由于局部热的热点被嵌入在设备中，这可能会降低冷却热点和实现低结温的能力。

如图9A和9B所示，本公开的多个方面可以通过在HBT子集电极和HBT基底之间加入阱结构(例如，量子阱、超晶格之类)作为层来解决该问题。

图9A图示了根据本公开的用于功耗的异质结双极性晶体管(HBT)热感测器件900A。为了说明的目的，图9A的器件和特征的一些标记和编号与图6和图7的相似。例如，类似于HBT器件600，HBT热感测器件900A可以包括HBT有源器件，该HBT有源器件包括发射极610、接触发射极610的基极602以及接触基极602的集电极614。该HBT热感测器件900A还可以包括接触集电极614的子集电极616。该子集电极616支撑发射极610、集电极614和基极602。

图9A进一步包括由化合物半导体基底618支撑的阱结构934(例如量子阱或超晶格)。例如，基底可以是厚度为七十五微米的GaAs基底。阱结构934可以是与基底618匹配的晶格，即，具有相同的介电常数。阱结构934可以被形成为在HBT有源器件与子集电极616或基底618之间的一个或多个层。例如，量子阱934可以被形成在化合物半导体基底618上的整个晶片上，并且有源器件被制造在量子阱934上。阱结构934可以是p型阱结构或n型阱结构。阱结构934与子集电极616的距离可以基于指定的器件性能。

一方面，量子阱934可以由与HBT器件600的材料兼容或匹配的材料构成。例如，子集电极616可以由III-V化合物半导体材料构成，并且量子阱934也可以由III-V化合物半导体材料构成。此外，阱结构934(例如AlGaAs/GaAs或InGaP/GaAs)和化合物半导体基底618可以由大体上相同的材料(例如GaAs)组成。阱结构934包括两种材料，即，大带隙化合物半导体材料和小带隙化合物半导体材料。例如，AlGaAs和InGaP是大带隙化合物半导体材料，而GaAs是小带隙化合物半导体材料。

使量子阱结构的材料与HBT器件600的材料相匹配减小了应变，并因此改善了功耗。在有源器件(例如发射极610、基极602和集电极614)被制造之前，可以在晶片的基底上生长量子阱结构的III-V材料。因此，量子阱934分布在晶片上制造的所有有源器件上。HBT热感测器件900A的热感测特征可以被制造在有源器件下方的量子阱934内，以实现每个有源器件下方的热感测。

因此，本公开的多个方面实现了在热源正下方的热感测。例如，对热感测器件的监控的收益大于与热源630相关的散热，该热源与有源器件处于相同芯片级。热源630可以对应于HBT器件710的一个或多个结。例如，在量子阱934中实现的热感测特征还监控散热，该散热由有源器件下方的热部分930图示。因此，在热源630下方(例如在子集电极616下方或在基底618附近)制造HBT热感测器件900A的感测特征实现了热感测距热源630仅一到两个微米。

HBT热感测器件900A还可以包括热侧电极928、第一冷侧电极926和第二冷侧电极932。热侧电极928、第一冷侧电极926和第二冷侧电极932分别与阱结构934电接触。相对于第一冷侧电极926和/或第二冷侧电极932，热侧电极928可以位于更靠近HBT热感测器件900A的热源(例如630)的位置。热侧电极928可被用于监控结温，来控制HBT器件偏置以改善基于HBT的功率放大器的性能。在本公开的一个方面中，热侧电极928可以是穿过基底618到阱结构934的背面电极。类似地，第一冷侧电极926和第二冷侧电极932可以被提供为穿过基底618到阱结构934的背面电极。在本公开的一方面，热侧电极928电接触阱结构934并且与发射极610对准。

热侧电极928可以被用作热点(例如靠近热源630和/或热部分930)的端子，而第一冷侧电极926(靠近冷部分922)和/或第二冷侧电极932(靠近冷部分924)可以被用作冷点的端子。例如，电势可以在热侧电极928与第一冷侧电极926或第二冷侧电极932之间被检测。热侧电极928对应于正极端子(+)，而第一冷侧电极926或第二冷侧电极932对应于负极端子(-)。因为可以在每个HBT器件710下方或附近实现HBT热感测器件900A的热感测特征，所以本公开实现了对每个HBT器件710的可选择的监控。

图9B图示了根据本公开的多个方面的用于功耗的另一异质结双极性晶体管(HBT)热感测器件900B。为了说明的目的，图9B的器件和特征的一些标记和编号与图6、7和9A的相似。例如，类似于HBT器件600，HBT热感测器件900B可以包括HBT有源器件，该HBT有源器件包括发射极610、接触发射极610的基极602以及接触基极602的集电极614。类似于HBT热感测器件900A，HBT热感测器件900B还包括接触集电极614的子集电极616。

除了阱结构934之外，图9B还包括隔离层936。一方面，隔离层936被设置在HBT子集电极616和阱结构934之间。因为HBT器件710是经受高频工作的射频器件，所以包括隔离层以避免有源HBT器件和阱结构934之间的串扰和干扰。

图10图示了根据本公开的多个方面的用于减轻功率或热量耗散的HBT功率放大器1000。为了说明的目的，图10的器件和特征的一些标记和编号与图7、9A和9B的相似。例如，类似于HBT功率放大器700，HBT功率放大器1000可以包括HBT器件的第一行702、HBT器件的第二行704、HBT器件的第三行706和HBT器件的第四行708。

然而，HBT功率放大器1000包括HBT热感测器件1010(例如HBT热感测器件900A或HBT热感测器件900B)，而不是不具有基于阱结构934的热感测特征的HBT器件710。HBT功率放大器1000包括从指定的HBT热感测器件1010的检测器电路(例如热传感器)延伸的正极(+)和负极端子(-)。HBT热感测器件1010的正极和负极端子可以被耦合至控制信号电路或偏置电路，以促进HBT功率放大器1000的功率或热量耗散。

HBT热感测器件1010的制造可以包括有源HBT器件的制造以及阱结构934中的热感测特征的制造(例如热传感器)。其中，热感测特征的制造包括电极的制造(例如热侧电极928、第一冷侧电极926和第二冷侧电极932)。HBT热感测器件900A或HBT热感测器件900B的热感测特征的制造可以根据正面工艺来实现，在该正面工艺中向下一直到集电极金属的发射极金属被制造在阱结构934上，之后通过蚀刻阱结构以形成电极。或者，可以根据在正面制造有源HBT器件之后执行的背面工艺，来实施HBT热感测器件900A或HBT热感测器件900B的热感测特征的制造。该过程之后是使用背面工艺的热感测特征的制造。制造热感测特征可以包括制造通孔以将热感测特征耦合到有源HBT器件。

HBT热感测器件900A和HBT热感测器件900B的所有层可以通过生长(例如外延生长)形成。例如，缓冲层可以在基底上生长(例如GaAs缓冲剂)以形成缓冲的基底(例如GaAs基底)。一些实现方式可能未指定缓冲层。阱结构934可以在基底618上或整个晶片上生长。例如，生长一百埃的AlGaAs，然后生长二十埃的GaAs。重复该过程直到获得足够的AlGaAs/GaAs层。热感测特征被形成在阱结构934中。

热感测特征可以被实现为监控HBT热感测器件1010中的散热的检测电路。在本公开的一些方面，隔离层936在阱结构934上生长。隔离层可以不被掺杂。例如，隔离层可以由未掺杂的GaAs或未掺杂的AlGaAs组成。当不包括隔离层936时，包括子集电极616(例如高掺杂层)的有源HBT器件可以在隔离层936或阱结构934上生长。例如，子集电极层可以是n掺杂的。在子集电极616之后，生长集电极614、基极602和发射极610。

图11是流程图1100，其图示了根据本公开的多个方面的制造异质结双极性晶体管(HBT)热感测器件的方法。流程图1100中的方框可以按照或不按所示出的顺序执行，并且在一些方面，可以至少部分地并行执行。

在方框1102处，异质结双极性晶体管(HBT)有源器件被形成。例如，HBT有源器件可以是基于HBT的功率放大器的组件，例如图10中所示的HBT功率放大器1000。如图9A和9B中所示，HBT有源器件可以包括发射极610、接触发射极610的基极602、接触基极602的集电极614以及接触集电极614的子集电极616。发射极610包括发射极触点624，基极包括基极触点604，并且集电极包括集电极触点620。子集电极616可以由化合物半导体基底618支撑。根据各方面，可以根据前道(FEOL)工艺来形成HBT有源器件。

在方框1104处，量子阱结构被形成在HBT有源器件的基底上。例如，如图9A和9B中所示，阱结构934可以被形成为在HBT有源器件和/或子集电极616与基底618之间的一层或多层。

在方框1106处，与量子阱结构电接触的第一电极(例如热侧电极)被形成。例如，如图9A和9B中所示，HBT热感测器件900A或900B包括热侧电极928。热侧电极928与阱结构934电接触。

在方框1108处，与量子阱结构电接触的第二电极(例如冷侧电极)被形成。例如，如图9A和9B中所示，HBT热感测器件900A或900B包括第一冷侧电极926和第二冷侧电极932。第一冷侧电极926和第二冷侧电极932分别与阱结构934电接触。

根据本公开的另一方面，描述了一种异质结双极性晶体管(HBT)热感测器件。HBT热感测器件可以包括用于电接触量子阱结构的第一装置。如图9A和9B中所示，第一装置可以例如包括热侧电极928。HBT热感测器件还可包括用于电接触量子阱结构的第二装置。如图9A和9B中所示，第二装置可以例如包括冷侧电极926和/或冷侧电极932。在另一方面，前述装置可以是被配置为执行前述装置所叙述的功能的任何电极。

图12是示出其中可以有益地采用本公开的一方面的示例性无线通信系统1200的框图。为了说明的目的，图12示出了三个远程单元1220、1230和1250以及两个基站1240。将认识到无线通信系统可以具有更多的远程单元和基站。远程单元1220、1230和1250包括IC设备1225A、1225C和1225B，其包括所公开的HBT热感测器件。将认识到，其他设备也可以包括所公开的HBT热感测器件，例如基站、用户设备和网络设备。图12示出了从基站1240到远程单元1220、1230和1250的前向链路信号1280以及从远程单元1220、1230和1250到基站1240的反向链路信号1290。

在图12中，远程单元1220被示为移动电话，远程单元1230被示为便携式计算机，并且远程单元1250被示为无线本地环路系统中的固定位置远程单元。例如，远程单元可以是移动电话、手持式个人通信系统(PCS)单元、诸如个人数字助理(PDA)之类的便携式数据单元、支持GPS的设备、导航设备、机顶盒盒子、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、诸如抄表设备之类的固定位置数据单元或存储或检索数据或计算机指令或其组合的其他通信设备。尽管图12图示了根据本公开的方面的远程单元，但是本公开不限于这些示例性图示的单元。本公开的方面可以被适当地用于许多设备中，这些设备包括所公开的HBT热感测器件。

所附权利要求及其等同物旨在覆盖落入保护范围和精神内的形式或修改。例如，本文公开的示例性装置、方法和系统可以应用于订阅多个通信网络和/或通信技术的多SIM无线设备。本文公开的装置、方法和系统可以除其他方式之外以数字方式和差分方式实现。附图中图示的各种组件可以被实现为，例如，但不限于，处理器、ASIC/FPGA/DSP或专用硬件上的软件和/或固件。以上公开的特定示例方面的特征和属性也可以以不同的方式组合以形成另外的方面，所有这些都落入本公开的范围内。

前面的方法描述和过程流程图仅作为说明性示例而提供，并且无意于要求或暗示该方法的操作必须按照给出的顺序执行。某些操作可以以各种顺序执行。“其后”、“然后”、“下一步”等词语无意于限制操作的顺序。这些单词仅被用于带领读者遍历方法的描述。

结合本文公开的方面所描述的各种说明性的逻辑块、模块、电路和操作可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，对各种说明性的组件、块、模块、电路和操作已经在上面总体上从它们的功能方面进行了描述。将这种功能性实现为硬件还是软件取决于特定的应用和施加在整个系统上的设计约束。技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式实现所描述的功能，但是这些实现决定不应被解释为导致脱离本公开的范围。

用于实现结合本文公开的各个方面描述的各种说明性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件可以以通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立硬件组件或它们的为执行本文所描述的功能而被设计的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但作为供替代的选择，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为接收机设备的组合，例如DSP和微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核结合的一个或多个微处理器、或任何其他这样的配置。或者，一些操作或方法可以通过特定于给定功能的电路而被执行。

在一个或多个示例性方面，本文描述的功能可以以硬、软件、固件或其任意组合来实现。如果以软件实现，功能可以作为一个或多个指令或代码被存储在非暂时性计算机可读的存储介质或非暂时性处理器可读的存储介质上。本文公开的方法或算法的操作可以体现在处理器可执行的指令中，该指令可以存在在非暂时性计算机可读或处理器可读的存储介质上。非暂时性计算机可读或处理器可读的存储介质可以是可由计算机或处理器访问的任何存储介质。作为示例而非限制，这种非暂时性计算机可读或处理器可读的存储介质可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、FLASH存储器、CD-ROM或其他光盘存储设备、磁盘存储设备或其他磁性存储设备、或任何其他可用于以指令或数据结构形式存储所需程序代码并可由电脑访问的介质。本文使用的磁盘和光盘包括光盘(CD)、激光光盘、光碟、数字多功能光盘(DVD)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式复制数据，而光盘则通过激光以光学方式复制数据。上述的组合也包括在非暂时性计算机可读和处理器可读的介质的范围内。此外，方法或算法的操作可以作为代码和/或指令的一个或任何组合或集合留在非暂时性处理器可读的存储介质和/或计算机可读的存储介质上，这可以被并入计算机程序产品。

尽管本公开提供了某些示例性的方面和应用，但是对于本领域普通技术人员而言显而易见的其他方面，包括未提供本文阐述的所有特征和优点的方面，也在本公开的范围内。例如，本文描述的装置、方法和系统可以除其他方式之外以数字方式和差分方式执行。因此，本公开的范围意在仅通过参考所附权利要求来界定。