Транзисторът HEMT или високоелектронната мобилност е тип транзистор с полеви ефект (FET) , който се използва за предлагане на комбинация от ниско ниво на шум и много високи нива на производителност при микровълнови честоти. Това е важно устройство за високоскоростни, високочестотни, цифрови схеми и микровълнови схеми с приложения с ниско ниво на шум. Тези приложения включват изчисления, телекомуникации и инструментариум. А устройството се използва и в RF дизайн, където се изисква висока производителност при много високи RF честоти.

Конструкция с транзистори с висока електронна мобилност (HEMT)

Ключовият елемент, който се използва за конструиране на HEMT, е специализираната PN връзка. Известен е като хетеро-кръстовище и се състои от кръстовище, което използва различни материали от двете страни на кръстовището. Вместо p-n кръстовище се използва кръстовище метал-полупроводник (бариера на Шотки с обратна пристрастност), където простотата на бариерите на Шотки позволява изработката да затваря геометричните толеранси.

Най-често използваните материали са алуминиев галиев арсенид (AlGaAs) и галиев арсенид (GaAs). Обикновено се използва галиев арсенид, тъй като осигурява високо ниво на основна електронна подвижност, което има по-висока подвижност и скорости на дрейф на носителя от Si.

Схематично напречно сечение на HEMT

Производството на HEMT, както следва процедурата, първо се поставя вътрешен слой от галиев арсенид върху полуизолиращия слой от галиев арсенид. Това е с дебелина само около 1 микрон. След това върху този слой се поставя много тънък слой между 30 и 60 ангстрема на присъщ алуминиев галиев арсенид. Основната цел на този слой е да осигури отделянето на интерфейса на хетеро-прехода от легираната зона на алуминиев галиев арсенид.

Това е много критично, за да се постигне висока електронна подвижност. Легираният слой алуминиев галиев арсенид с дебелина около 500 ангстрема е поставен над него, както е показано на диаграмите по-долу. Изисква се точната дебелина на този слой и са необходими специални техники за контрол на дебелината на този слой.

Има две основни структури, които са самоподредената йонно-имплантирана структура и структурата на вдлъбнатината. В самоподредената йонно-имплантирана структура портата, дренажът и източникът са определени и обикновено са метални контакти, въпреки че понякога контактите за източник и дренаж могат да бъдат направени от германий. Вратата обикновено е направена от титан и образува едноминутно обратно преместено кръстовище, подобно на това на GaAs-FET.

За структурата на отвора за вдлъбнатина е зададен друг слой от галиев арсенид от n-тип, за да се осигурят контактите за източване и източник. Зоните са гравирани, както е показано на диаграмата по-долу.

Дебелината под портата също е много критична, тъй като праговото напрежение на полевия транзистор се определя само от дебелината. Размерът на портата и следователно каналът е много малък. За да се поддържа високочестотна производителност, размерът на порта трябва да бъде обикновено 0,25 микрона или по-малко.

Диаграми в напречно сечение, сравняващи структури на AlGaAs или GaAs HEMT и GaAs

Операция HEMT

Работата на HEMT е малко по-различна от другите видове полеви транзистори и в резултат на това той е в състояние да даде много по-добра производителност в сравнение със стандартното кръстовище или MOS FETs , и по-специално в радиочестотни приложения за микровълни. Електроните от областта от n-тип се движат през кристалната решетка и много остават близо до хетеро-прехода. Тези електрони в слой, който е с дебелина само един слой, образуват се като двуизмерен електронен газ, показан на горната фигура (а).

В тази област електроните могат да се движат свободно, тъй като няма други донорни електрони или други елементи, с които електроните ще се сблъскат и подвижността на електроните в газа е много висока. Напрежението на пристрастието, приложено към затвора, оформен като бариерен диод на Шотки, се използва за модулиране на броя на електроните в канала, образуван от 2 D електронния газ и последователно това контролира проводимостта на устройството. Ширината на канала може да се променя от напрежението на отклонението на портата.

Приложения на HEMT

HEMT е разработен по-рано за високоскоростни приложения. Поради ниското си ниво на шум, те се използват широко в усилватели с малък сигнал, усилватели на мощност, осцилатори и миксери, работещи на честоти до 60 GHz.
Устройствата HEMT се използват в широк спектър от приложения за RF дизайн, включително клетъчни телекомуникации, приемници с директно излъчване - DBS, радиоастрономия, РАДАР (система за радиооткриване и обхват) и се използва главно във всяко приложение за RF дизайн, което изисква както ниско ниво на шум, така и много високочестотни операции.
В днешно време HEMT се включват по-често в интегрални схеми . Тези монолитни чипове с интегрална схема с микровълнова печка (MMIC) се използват широко за приложения за RF проектиране

По-нататъшно развитие на HEMT е PHEMT (псевдоморфен транзистор с висока електронна мобилност). PHEMT се използват широко в безжичните комуникации и LNA (Low Noise Amplifier) приложения. Те предлагат висока ефективност на добавена мощност и отлични ниски нива на шум и производителност.

По този начин става въпрос за всичко Транзистор с висока електронна мобилност (HEMT) конструкция, нейното функциониране и приложения. Ако имате някакви въпроси по тази тема или по електрическите и електронните проекти, оставете коментарите по-долу.