HEMT ali tranzistor z visoko elektronsko mobilnostjo je a tip tranzistorja z efektom polja (FET) , ki se uporablja za kombinacijo nizke ravni hrupa in zelo visoke ravni delovanja pri mikrovalovnih frekvencah. To je pomembna naprava za visoke hitrosti, visoke frekvence, digitalna vezja in mikrovalovna vezja z nizko hrupom. Te aplikacije vključujejo računalništvo, telekomunikacije in instrumentacijo. Naprava se uporablja tudi pri RF oblikovanju, kjer se pri zelo visokih RF frekvencah zahtevajo visoke zmogljivosti.
Konstrukcija tranzistorja z visoko elektronsko mobilnostjo (HEMT)
Ključni element, ki se uporablja za izdelavo HEMT, je specializiran PN spoj. Znan je kot hetero-spoj in je sestavljen iz križišča, ki uporablja različne materiale na obeh straneh križišča. Namesto p-n križišče se uporablja kovinsko-polprevodniški spoj (reverzno pristranska Schottkyjeva pregrada), kjer preprostost Schottkyjevih pregrad omogoča izdelavo, da zapre geometrijske tolerance.
Najpogostejša uporabljena materiala aluminijev galijev arzenid (AlGaAs) in galijev arzenid (GaAs). Galijev arzenid se običajno uporablja, ker zagotavlja visoko stopnjo osnovne elektronske gibljivosti, ki ima večje gibljivosti in hitrosti premikanja nosilcev kot Si.
Shematski prerez HEMT
Izdelava HEMT po naslednjem postopku: najprej se na polizolacijski sloj galijevega arzenida položi notranja plast galijevega arzenida. Ta je debel le približno 1 mikrona. Po tem se na ta sloj položi zelo tanek sloj med 30 in 60 angstromi notranjega aluminijevega galijevega arzenida. Glavni namen te plasti je zagotoviti ločitev vmesnika hetero-spoj z dopiranim območjem aluminijevega galijevega arzenida.
To je zelo pomembno, če želimo doseči visoko elektronsko mobilnost. Nad njim je določena dopirana plast aluminijevega galijevega arzenida, debela približno 500 Angstromov, kot je prikazano na spodnjih diagramih. Zahteva se natančna debelina tega sloja in posebne tehnike za nadzor debeline tega sloja.
Obstajata dve glavni strukturi, ki sta samo-poravnana ionsko vsadjena struktura in struktura vdolbin. V samo-poravnani ionsko implantirani strukturi so vrata, odtok in vir postavljeni navzdol in so na splošno kovinski kontakti, čeprav so vhodni in odtočni kontakti včasih lahko narejeni iz germanija. Vrata so praviloma izdelana iz titana in tvorijo minutno vzvratno pristranski spoj, podoben tistemu pri GaAs-FET.
Za strukturo vrat vdolbine je določena še ena plast galijevega arzenida tipa n, ki omogoča vzpostavitev odtočnih in izvornih kontaktov. Območja so jedkana, kot je prikazano na spodnjem diagramu.
Tudi debelina pod vrati je zelo kritična, saj je mejna napetost FET odvisna samo od debeline. Velikost vrat in s tem kanala je zelo majhna. Za ohranitev visokofrekvenčne učinkovitosti mora biti velikost vrat običajno 0,25 mikrona ali manj.
Diagrami presekov, ki primerjajo strukture HEMT AlGaAs ali GaAs in GaAs
HEMT delovanje
Delovanje HEMT se nekoliko razlikuje od drugih vrst FET in posledično lahko daje zelo izboljšano zmogljivost v primerjavi s standardnim križiščem oz. MOS FET in zlasti v mikrovalovnih RF-aplikacijah. Elektroni iz območja n-tipa se premikajo skozi kristalno mrežo in mnogi ostanejo blizu hetero-križišča. Ti elektroni v plasti, ki je debela samo eno plast, se tvorijo kot dvodimenzionalni elektronski plin, prikazan na zgornji sliki (a).
Znotraj te regije se elektroni lahko prosto gibljejo, ker ni drugih elektronov dajalcev ali drugih elementov, s katerimi bi elektroni trčili in je gibljivost elektronov v plinu zelo velika. Napetostna napetost, ki se nanaša na vrata, tvorjena kot Schottkyjeva pregradna dioda, se uporablja za modulacijo števila elektronov v kanalu, tvorjenem iz 2D elektronskega plina, kar zaporedoma nadzira prevodnost naprave. Širino kanala lahko spreminja napetost prednapetosti vrat.
Uporabe HEMT
- HEMT je bil prej razvit za visoke hitrosti. Zaradi nizke hrupa se pogosto uporabljajo v majhnih ojačevalcih signalov, ojačevalnikih moči, oscilatorjih in mešalnikih, ki delujejo na frekvencah do 60 GHz.
- Naprave HEMT se uporabljajo v številnih aplikacijah za RF oblikovanje, vključno s celičnimi telekomunikacijami, neposrednimi sprejemniki - DBS, radio astronomijo, RADAR (sistem za radijsko zaznavanje in obseg) in se večinoma uporablja v kateri koli RF-aplikaciji, ki zahteva tako nizkošumne kot zelo visokofrekvenčne operacije.
- Danes so HEMT-ji bolj pogosto vključeni v integrirana vezja . Ti monolitni mikrovalni čipi z integriranim vezjem (MMIC) se pogosto uporabljajo za RF zasnovo
Nadaljnji razvoj HEMT je PHEMT (psevdomorfni tranzistor z visoko elektronsko mobilnostjo). PHEMT se pogosto uporabljajo v aplikacijah za brezžične komunikacije in LNA (Low Noise Amplifier). Ponujajo visoko zmogljivost dodane moči ter odlične številke in zmogljivosti z nizkim nivojem šuma.
Tu gre torej za to Tranzistor z visoko elektronsko mobilnostjo (HEMT) gradnja, njeno delovanje in aplikacije. Če imate kakršna koli vprašanja o tej temi ali o električnih in elektronskih projektih, pustite spodnje komentarje.
