异质结双极晶体管(HBT)具有高输出功率、优异的高频特性、较宽的线性和高的效率，广泛适于功率放大器、雷达、通讯及电子战系统、微波振荡器和A/D转换器等应用，并扮演着越来越重要的角色。功率异质结晶体管通常采用多发射极指并联结构来改善电流处理能力和散热能力，但是由于器件自身耗散功率引起的自加热效应及各个发射极指之间的热耦合效应，导致各发射极指上的温度分布不均匀。又由于发射极电流具有正温度系数，温度高的指将传导更多的电流，产生更多的热，造成器件温度分布更加不均匀，可能形成热斑，最终造成器件烧毁。器件热效应不但影响器件的热稳定性，还严重限制HBT高功率处理能力。　　本论文对多指HBT热效应的表征技术、改善方法进行研究。主要工作有：　　首先，对大电流下HBT热电效应的表现—IC-VBE折回(E-B折回)特性进行了详细的研究。给出了描述功率HBT E-B折回特性的方程，首次求解得到了折回点的电流表达式，定义了判别式△，可方便地判断HBT的E-B折回特性。发现，增大发射极镇流电阻、减少集电结电压、降低热阻及利用“能带工程”均能提高器件热稳定性。　　其次，在考虑自加热和热耦合效应以及众多影响器件温度分布的参量的基础上，建立了可精确模拟多指功率HBT表面(二维)温度分布的物理模型，使模拟结果更加符合实际。在建模和计算中，将每个发射极指沿指长方向划分成多个热源单元，并在考虑材料热导率随温度的变化、器件电流增益随温度的变化、重掺杂禁带变窄效应和异质结存在的情况下，通过求解稳态热传导方程，可较精确地得到多指HBT表面温度分布。　　第三，对多指HBT的自热和热耦合效应，通过自热热阻、耦合热阻和热阻矩阵进行了表征。首先建立了多指HBT热阻计算模型，然后推导了多指HBT自热热阻与耦合热阻的表达式，利用自热热阻表征自加热效应，耦合热阻表征热耦合效应，进而用热阻矩阵表征多指HBT热效应。研究表明，在一定功率下，增大发射极指长，减小衬底厚度可以减小发射极指的自热热阻；增大发射极指间距可以减小耦合热阻。这些研究，为后面器件自加热效应和热耦合效应的改善方法的提出提供了理论依据。　　第四，以Si1-xGexHBT为例，分析了“能带工程”对多发射极指功率HBT热效应的影响。结果表明，随基区Ge组份X的增加，芯片峰值温度降低，与BJT相比，HB工具有更好的热性能。　　第五，对改善多指HBT热效应的变指间距设计方法进行了研究。通过调节发射极指间距，可改变指间的热耦合效应，进而改善多指HBT各指之间的温度分布的非均匀性。发现，与均匀指间距多指HBT比，变指间距HBT，随功率的增大，各指之间温度分布的均匀性始终能够保持，且在不同环境温度下，也能保持温度分布的均匀性。　　第六，研究了变指长设计对多指HBT热效应的改善。在一定功率密度下，减少指长，减少了自热效应，也减小了与其它指之间的热耦合效应。　　第七，提出了发射极指分段(均匀分段、非均匀分段)的设计方法。发射极指分段设计改善了沿指长方向上温度分布的非均匀性，同时也减小了各发射极指间的温度差异，使芯片表面整体温度分布更加均匀。在此基础上，提出了发射极指分段与变指间距组合，变指长与变指间距组合的设计方法，进一步改善了多指HBT表面温度分布。　　最后，在前面分析研究的基础上，结合清华大学微电子所现有的工艺条件，确定了变指间距、变指长结构的两种多发射极指HBTs设计方案，制作了实验芯片，完成了器件的红外温度测试、直流参数测试及E-B折回特性测试。实测结果表明，变指间距设计和变指长设计均能够明显改善多发射极指HBTs的热效应，提高器件的热稳定性。