HEMT или транзистор с высокой подвижностью электронов - это тип полевого транзистора (FET) , который используется, чтобы предложить сочетание низкого коэффициента шума и очень высоких уровней производительности на микроволновых частотах. Это важное устройство для высокоскоростных, высокочастотных, цифровых схем и микроволновых схем с малошумящим оборудованием. Эти приложения включают вычисления, телекоммуникации и приборы. Устройство также используется в радиочастотном дизайне, где требуется высокая производительность на очень высоких радиочастотах.

Конструкция транзистора с высокой подвижностью электронов (HEMT)

Ключевым элементом, который используется для создания HEMT, является специализированный PN-переход. Он известен как гетеропереход и состоит из перехода, в котором используются разные материалы по обе стороны от перехода. Вместо p-n переход используется переход металл-полупроводник (барьер Шоттки с обратным смещением), где простота барьеров Шоттки позволяет производить их с минимальными геометрическими допусками.

Наиболее распространенными материалами являются арсенид алюминия-галлия (AlGaAs) и арсенид галлия (GaAs). Обычно используется арсенид галлия, поскольку он обеспечивает высокий уровень подвижности основных электронов, который имеет более высокие подвижности и скорости дрейфа носителей, чем Si.

Схематическое поперечное сечение НЕМТ

Изготовление HEMT осуществляется следующим образом: сначала внутренний слой арсенида галлия наносится на полуизолирующий слой арсенида галлия. Его толщина составляет всего около 1 микрона. После этого поверх этого слоя наносится очень тонкий слой от 30 до 60 ангстрем собственного арсенида алюминия-галлия. Основное назначение этого слоя - обеспечить отделение границы гетероперехода от области легированного арсенида алюминия-галлия.

Это очень важно для достижения высокой подвижности электронов. Легированный слой арсенида алюминия-галлия толщиной около 500 ангстрем расположен над ним, как показано на схемах ниже. Требуется точная толщина этого слоя, и для контроля толщины этого слоя требуются специальные методы.

Существуют две основные структуры, которые представляют собой самовыравнивающуюся структуру с имплантированными ионами и структуру с углубленным затвором. В самовыравнивающейся ионно-имплантированной структуре затвор, сток и исток установлены, и они, как правило, являются металлическими контактами, хотя контакты истока и стока иногда могут быть сделаны из германия. Затвор, как правило, изготавливается из титана и образует крошечный переход с обратным смещением, аналогичный переходу GaAs-FET.

Для структуры затвора углубления установлен еще один слой арсенида галлия n-типа, чтобы обеспечить возможность создания контактов стока и истока. Области выгравированы, как показано на схеме ниже.

Толщина под затвором также очень важна, поскольку пороговое напряжение полевого транзистора определяется только толщиной. Размер ворот, а значит и канала очень мал. Для поддержания высоких частот размер затвора обычно должен быть 0,25 мкм или меньше.

Диаграммы поперечных сечений, сравнивающие структуры AlGaAs или GaAs HEMT и GaAs

HEMT операция

Работа HEMT немного отличается от других типов полевых транзисторов, и, как результат, он может дать значительно улучшенные характеристики по сравнению со стандартным переходом или МОП-транзисторы и, в частности, в СВЧ-приложениях. Электроны из области n-типа движутся через кристаллическую решетку, и многие из них остаются вблизи гетероперехода. Эти электроны в слое толщиной всего в один слой образуют двумерный электронный газ, показанный на приведенном выше рисунке (а).

В этой области электроны могут свободно перемещаться, потому что нет других донорных электронов или других предметов, с которыми электроны будут сталкиваться, и подвижность электронов в газе очень высока. Напряжение смещения, приложенное к затвору, выполненному в виде диода с барьером Шоттки, используется для модуляции количества электронов в канале, образованном двумерным электронным газом, и последовательно регулирует проводимость устройства. Ширина канала может быть изменена напряжением смещения затвора.

Приложения HEMT

HEMT ранее разрабатывался для высокоскоростных приложений. Благодаря низким шумовым характеристикам они широко используются в усилителях малых сигналов, усилителях мощности, генераторах и смесителях, работающих на частотах до 60 ГГц.
Устройства HEMT используются в широком спектре приложений проектирования радиочастот, включая сотовую связь, приемники прямого вещания - DBS, радиоастрономию, РАДАР (система радиообнаружения и определения дальности) и в основном используется в любых приложениях для проектирования радиочастот, которые требуют как низких шумовых характеристик, так и очень высокочастотных операций.
В настоящее время HEMT чаще всего включаются в интегральные схемы . Эти монолитные микросхемы СВЧ-интегральной схемы (MMIC) широко используются для разработки приложений RF.

Дальнейшим развитием HEMT является PHEMT (псевдоморфный транзистор с высокой подвижностью электронов). PHEMT широко используются в приложениях беспроводной связи и LNA (малошумящие усилители). Они предлагают высокую добавленную мощность и превосходные низкие показатели шума и производительность.

Таким образом, это все о Транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT) конструкция, работа и применение. Если у вас есть какие-либо вопросы по этой теме или по электрическим и электронным проектам, оставьте комментарии ниже.