HEMT lub tranzystor o wysokiej ruchliwości elektronów to rodzaj tranzystora polowego (FET) , który jest używany, aby zaoferować połączenie niskiego współczynnika szumów i bardzo wysokich poziomów wydajności przy częstotliwościach mikrofalowych. Jest to ważne urządzenie w obwodach cyfrowych o dużej prędkości i wysokiej częstotliwości oraz obwodach mikrofalowych o niskim poziomie szumów. Aplikacje te obejmują komputery, telekomunikację i oprzyrządowanie. Urządzenie jest również wykorzystywane w projektach RF, gdzie wymagana jest wysoka wydajność przy bardzo wysokich częstotliwościach RF.

Budowa tranzystora o wysokiej ruchliwości elektronów (HEMT)

Kluczowym elementem używanym do budowy HEMT jest specjalistyczne złącze PN. Jest znany jako skrzyżowanie hetero i składa się z połączenia, które wykorzystuje różne materiały po obu stronach złącza. Zamiast tego złącze p-n , zastosowano połączenie metal-półprzewodnik (bariera Schottky'ego z odwrotną polaryzacją), gdzie prostota barier Schottky'ego pozwala na wykonanie z niewielkimi tolerancjami geometrycznymi.

Do najczęściej stosowanych materiałów używano arsenku glinu i galu (AlGaAs) i arsenku galu (GaAs). Ogólnie stosuje się arsenek galu, ponieważ zapewnia on wysoki poziom podstawowej ruchliwości elektronów, który ma większą ruchliwość i prędkości dryfu nośnika niż Si.

Schematyczny przekrój HEMT

Wytwarzanie HEMT odbywa się zgodnie z następującą procedurą, najpierw wewnętrzną warstwę arsenku galu nakłada się na półizolacyjną warstwę arsenku galu. Ma tylko około 1 mikrona grubości. Następnie na tę warstwę nakłada się bardzo cienką warstwę wewnętrznego arsenku glinu galu o grubości od 30 do 60 angstremów. Głównym celem tej warstwy jest zapewnienie oddzielenia interfejsu heterozłącza od domieszkowanego regionu arsenku glinu galu.

Jest to bardzo istotne, jeśli ma zostać osiągnięta wysoka ruchliwość elektronów. Warstwa domieszkowana arsenku glinu galu o grubości około 500 angstremów jest umieszczona powyżej tej warstwy, jak pokazano na poniższych diagramach. Wymagana jest dokładna grubość tej warstwy, a do kontrolowania grubości tej warstwy wymagane są specjalne techniki.

Istnieją dwie główne struktury, które są samoustawiającą się strukturą z implantem jonów i strukturą wnękową. W samoustawiającej się strukturze z implantem jonów Brama, Dren i Źródło są ustawione i są to na ogół styki metalowe, chociaż styki źródła i drenu mogą być czasami wykonane z germanu. Bramka jest zwykle wykonana z tytanu i tworzy małe złącze spolaryzowane odwrotnie, podobne do tego z GaAs-FET.

W przypadku konstrukcji zastawki wnękowej kładzie się kolejną warstwę arsenku galu typu n, aby umożliwić wykonanie kontaktów drenu i źródła. Obszary są wytrawione, jak pokazano na poniższym schemacie.

Grubość pod bramką jest również bardzo krytyczna, ponieważ napięcie progowe FET jest określone tylko przez grubość. Rozmiar bramki, a co za tym idzie kanał, jest bardzo mały. Aby zachować wysoką częstotliwość, rozmiar bramki powinien zazwyczaj wynosić 0,25 mikrona lub mniej.

Diagramy przekrojowe porównujące struktury HEMT AlGaAs lub GaAs i GaAs

Operacja HEMT

Działanie HEMT różni się nieco od innych typów FET, w wyniku czego jest w stanie zapewnić znacznie lepszą wydajność w porównaniu ze standardowym złączem lub Tranzystory MOS FET , aw szczególności w zastosowaniach mikrofalowych RF. Elektrony z regionu typu n poruszają się po sieci krystalicznej i wiele z nich pozostaje blisko złącza hetero. Te elektrony w warstwie, która ma tylko jedną warstwę grubości, tworzą dwuwymiarowy gaz elektronowy pokazany na powyższym rysunku (a).

W tym regionie elektrony mogą się swobodnie poruszać, ponieważ nie ma innych elektronów dawców ani innych elementów, z którymi elektrony będą się zderzać, a ruchliwość elektronów w gazie jest bardzo wysoka. Napięcie polaryzacji przyłożone do bramki utworzonej jako dioda barierowa Schottky'ego jest wykorzystywane do modulowania liczby elektronów w kanale utworzonym z gazu elektronowego 2D i kolejno kontroluje przewodność urządzenia. Szerokość kanału można zmieniać za pomocą napięcia polaryzacji bramki.

Zastosowania HEMT

HEMT został wcześniej opracowany do zastosowań wymagających dużej szybkości. Ze względu na niski poziom szumów są szeroko stosowane w małych wzmacniaczach sygnału, wzmacniaczach mocy, oscylatorach i mikserach pracujących na częstotliwościach do 60 GHz.
Urządzenia HEMT znajdują szerokie zastosowanie w projektowaniu RF, w tym w telekomunikacji komórkowej, odbiornikach transmisji bezpośredniej - DBS, radioastronomii, RADAR (system wykrywania i pomiaru odległości) i jest stosowany głównie w każdej aplikacji projektowej RF, która wymaga zarówno niskiego poziomu hałasu, jak i operacji na bardzo wysokich częstotliwościach.
Obecnie HEMT są częściej włączane do obwody scalone . Te monolityczne chipy scalone z mikrofalami (MMIC) są szeroko stosowane w projektach RF

Dalszym rozwinięciem HEMT jest PHEMT (pseudomorficzny tranzystor o wysokiej ruchliwości elektronów). PHEMT są szeroko stosowane w komunikacji bezprzewodowej i zastosowaniach LNA (wzmacniacz niskoszumowy). Zapewniają wysoką sprawność przy zwiększonej mocy oraz doskonałe wartości i wydajność przy niskim poziomie hałasu.

A więc o to chodzi Tranzystor o wysokiej ruchliwości elektronów (HEMT) konstrukcja, jej działanie i zastosowania. Jeśli masz jakieś pytania dotyczące tego tematu lub projektów elektrycznych i elektronicznych, zostaw komentarze poniżej.