HEMT eli korkean elektronin liikkuvuuden transistori on a kenttätransistorin tyyppi (FET) , jota käytetään yhdistämään matala melutaso ja erittäin korkea suorituskyky mikroaaltotaajuuksilla. Tämä on tärkeä laite suurten nopeuksien, suurtaajuisten, digitaalisten ja mikroaaltopiirien pientä melua käyttäville sovelluksille. Näitä sovelluksia ovat tietojenkäsittely, tietoliikenne ja instrumentointi. Laitetta käytetään myös radiotaajuussuunnittelussa, jossa vaaditaan korkeaa suorituskykyä erittäin korkeilla radiotaajuuksilla.
Korkean elektronin liikkuvuuden transistorin (HEMT) rakentaminen
Keskeinen elementti, jota käytetään HEMT: n rakentamiseen, on erikoistunut PN-liitos. Se tunnetaan hetero-risteyksenä ja se koostuu risteyksestä, joka käyttää erilaisia materiaaleja risteyksen kummallakin puolella. Sen sijaan, että p-n risteys , käytetään metalli-puolijohde-liitosta (käänteinen esijännitetty Schottky-este), jossa Schottky-esteiden yksinkertaisuus sallii valmistuksen sulkemaan geometriset toleranssit.
Yleisimmin käytetyt materiaalit ovat alumiinigalliumarsenidi (AlGaAs) ja galliumarsenidi (GaAs). Galliumarsenidiä käytetään yleensä, koska se tarjoaa korkean elektronien perusliikkuvuuden, jolla on korkeammat liikkuvuudet ja kantoaaltojen siirtymisnopeudet kuin Si.
Kaavamainen poikkileikkaus HEMT: stä
HEMT: n valmistus seuraavalla menettelyllä ensin eristetään luonnollinen galliumarsenidikerros puoliksi eristävälle galliumarsenidikerrokselle. Tämä on vain noin 1 mikronia paksu. Sen jälkeen tämän kerroksen päälle asetetaan hyvin ohut kerros 30-60 angstromia sisäistä alumiinigalliumarsenidia. Tämän kerroksen päätarkoitus on varmistaa Hetero-liitosrajapinnan erottaminen seostetusta alumiinigalliumarsenidialueesta.
Tämä on erittäin tärkeää, jos halutaan saavuttaa suuri elektronien liikkuvuus. Noin 500 angstromin paksuinen seostettu alumiinigalliumarsenidikerros asetetaan tämän yläpuolelle alla olevien kaavioiden mukaisesti. Tämän kerroksen tarkkaa paksuutta vaaditaan ja erityisiä tekniikoita tarvitaan tämän kerroksen paksuuden säätämiseksi.
On olemassa kaksi päärakennetta, jotka ovat itsestään kohdistuva ioni-istutettu rakenne ja syvennysportin rakenne. Itse kohdistetussa ionin implantoidussa rakenteessa portti, tyhjennys ja lähde asetetaan alas ja ne ovat yleensä metallikontakteja, vaikka lähde- ja tyhjennyskontaktit voivat joskus olla germaniumista. Portti on yleensä valmistettu titaanista, ja se muodostaa samanlaisen käänteisen esijännitetyn liitoksen kuin GaAs-FET.
Syvennysporttirakennetta varten asetetaan toinen kerros n-tyyppistä galliumarsenidia, jotta tyhjennys- ja lähdekontaktit voidaan muodostaa. Alueet syövytetään alla olevan kaavion mukaisesti.
Portin alla oleva paksuus on myös erittäin kriittinen, koska FET: n kynnysjännite määräytyy vain paksuuden perusteella. Portin koko ja siten kanava on hyvin pieni. Korkean taajuuden suorituskyvyn ylläpitämiseksi portin koon tulisi olla tyypillisesti 0,25 mikronia tai vähemmän.
Poikkileikkauskaaviot, joissa verrataan AlGaAs: n tai GaAs HEMT: n ja GaAs: n rakenteita
HEMT-toiminta
HEMT: n toiminta on hieman erilainen kuin muilla FET-tyypeillä, ja sen seurauksena se pystyy antamaan erittäin paremman suorituskyvyn tavallisessa risteyksessä tai MOS-FETit ja erityisesti mikroaaltotaajuussovelluksissa. N-tyypin alueen elektronit liikkuvat kidehilan läpi ja monet pysyvät lähellä Hetero-risteystä. Nämä elektronit kerroksessa, joka on vain yksi kerros paksu, muodostaen kaksiulotteisen elektronikaasun, joka on esitetty yllä olevassa kuvassa (a).
Tällä alueella elektronit voivat liikkua vapaasti, koska ei ole muita luovuttajaelektroneja tai muita esineitä, joiden kanssa elektronit törmäävät ja elektronien liikkuvuus kaasussa on erittäin korkea. Schottky-sulkudiodina muodostettuun porttiin syötettyä esijännitettä käytetään moduloimaan elektronien lukumäärää 2D-elektronikaasusta muodostuvassa kanavassa ja siten peräkkäin tällä tavalla ohjaamaan laitteen johtavuutta. Kanavan leveyttä voidaan muuttaa portin esijännitteellä.
HEMT: n sovellukset
- HEMT kehitettiin aiemmin suurten nopeuksien sovelluksiin. Alhaisen melutasonsa vuoksi niitä käytetään laajalti pienissä signaalivahvistimissa, tehovahvistimissa, oskillaattoreissa ja sekoittimissa, jotka toimivat jopa 60 GHz: n taajuuksilla.
- HEMT-laitteita käytetään monenlaisissa radiotaajuussuunnittelusovelluksissa, mukaan lukien matkapuhelin, suoralähetysvastaanottimet - DBS, radioastronomia RADAR (radion tunnistus- ja etäisyysjärjestelmä) ja käytetään pääasiassa missä tahansa radiotaajuussuunnittelusovelluksessa, joka vaatii sekä matalan melutason että erittäin korkean taajuuden toimintoja.
- Nykyään HEMT: t sisällytetään tavallisemmin integroidut piirit . Näitä monoliittisia mikroaaltouunin integroituja piirisiruja (MMIC) käytetään laajalti radiotaajuussuunnittelusovelluksissa
HEMT: n jatkokehitys on PHEMT (Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor). PHEMT-laitteita käytetään laajasti langattomassa viestinnässä ja LNA (Low Noise Amplifier) -sovelluksissa. Ne tarjoavat suuria tehonlisätehoja ja erinomaiset hiljaiset luvut ja suorituskyvyn.
Näin ollen kyse on kaikesta Korkean elektronin liikkuvuuden transistori (HEMT) -rakenne, sen toiminta ja sovellukset. Jos sinulla on kysyttävää tästä aiheesta tai sähkö- ja elektroniikkaprojekteista, jätä alla olevat kommentit.
