HEMT sau tranzistorul cu mobilitate înaltă a electronilor este un tip de tranzistor cu efect de câmp (FET) , care este folosit pentru a oferi o combinație de zgomot redus și niveluri foarte ridicate de performanță la frecvențele cu microunde. Acesta este un dispozitiv important pentru circuite digitale de mare viteză, frecvență înaltă și circuite cu microunde cu aplicații cu zgomot redus. Aceste aplicații includ calculul, telecomunicațiile și instrumentele. Iar dispozitivul este folosit și în proiectarea RF, unde sunt necesare performanțe ridicate la frecvențe RF foarte mari.
Construcția tranzistorului cu mobilitate înaltă a electronilor (HEMT)
Elementul cheie care este utilizat pentru a construi un HEMT este joncțiunea PN specializată. Este cunoscut sub numele de hetero-joncțiune și constă dintr-o joncțiune care folosește diferite materiale de ambele părți ale joncțiunii. In loc de joncțiune p-n , este utilizată o joncțiune metal-semiconductoare (barieră Schottky cu polarizare inversă), în care simplitatea barierelor Schottky permite fabricării să închidă toleranțe geometrice.
Cele mai comune materiale au fost folosite arsenidă de aluminiu și galiu (AlGaAs) și arsenidă de galiu (GaAs). Arsenidul de galiu este utilizat în general deoarece oferă un nivel ridicat de mobilitate de bază a electronilor, care are mobilități și viteze mai mari de derivare a purtătorului decât Si.
Secțiunea transversală schematică a unui HEMT
Fabricarea unui HEMT după cum urmează, mai întâi un strat intrinsec de arsenidă de galiu este așezat pe stratul de arsenură de galiu semiizolant. Aceasta are o grosime de doar 1micron. După aceea, un strat foarte subțire între 30 și 60 de angstromi de arsenidă de aluminiu intrinsecă de galiu este așezat deasupra acestui strat. Scopul principal al acestui strat este de a asigura separarea interfeței Hetero-joncțiune de regiunea dopată de aluminiu arsenidă de galiu.
Acest lucru este foarte critic dacă se va realiza o mobilitate ridicată a electronilor. Stratul dopat de arsenidă de aluminiu de galiu cu o grosime de aproximativ 500 Angstrom este așezat deasupra acestuia, așa cum se arată în diagramele de mai jos. Este necesară grosimea exactă a acestui strat și sunt necesare tehnici speciale pentru controlul grosimii acestui strat.
Există două structuri principale care sunt structura implantată de ion auto-aliniată și structura porții de adâncitură. În structura auto-aliniată implantată cu ioni, Poarta, Scurgerea și Sursa sunt stabilite și sunt în general contacte metalice, deși contactele sursă și scurgere pot fi uneori realizate din germaniu. Poarta este în general făcută din titan și formează o joncțiune inversată, asemănătoare cu cea a GaAs-FET.
Pentru structura de poartă de adâncitură, un alt strat de arsenidă de galiu de tip n este setat pentru a permite realizarea contactelor de scurgere și sursă. Zonele sunt gravate așa cum se arată în diagrama de mai jos.
Grosimea sub poartă este, de asemenea, foarte critică, deoarece tensiunea de prag a FET este determinată numai de grosime. Mărimea porții și, prin urmare, canalul este foarte mic. Pentru a menține o performanță de înaltă frecvență, dimensiunea porții trebuie să fie de obicei de 0,25 microni sau mai mică.
Diagrame transversale care compară structurile unui HEMT AlGaAs sau GaAs și un GaAs
Funcționare HEMT
Funcționarea HEMT este puțin diferită de alte tipuri de FET și, prin urmare, este capabilă să ofere o performanță foarte îmbunătățită peste joncțiunea standard sau FET-uri MOS , și în special în aplicațiile RF cu microunde. Electronii din regiunea de tip n se deplasează prin rețeaua de cristal și mulți rămân aproape de joncțiunea Hetero. Acești electroni într-un strat gros de doar un strat, formându-se ca un gaz electronic bidimensional prezentat în figura de mai sus (a).
În această regiune, electronii se pot mișca liber, deoarece nu există alți electroni donatori sau alte elemente cu care electronii se vor ciocni, iar mobilitatea electronilor din gaz este foarte mare. Tensiunea de polarizare aplicată la poarta formată ca o diodă de barieră Schottky este utilizată pentru a modula numărul de electroni din canalul format din gazul de electron 2D și consecutiv aceasta controlează conductivitatea dispozitivului. Lățimea canalului poate fi modificată de tensiunea de polarizare a porții.
Aplicații ale HEMT
- HEMT a fost dezvoltat anterior pentru aplicații de mare viteză. Datorită performanțelor lor reduse de zgomot, acestea sunt utilizate pe scară largă în amplificatoare de semnal mici, amplificatoare de putere, oscilatoare și mixere care funcționează la frecvențe de până la 60 GHz.
- Dispozitivele HEMT sunt utilizate într-o gamă largă de aplicații de proiectare RF, inclusiv telecomunicații celulare, receptoare de transmisie directă - DBS, radioastronomie, RADAR (Sistem de detectare și distanță radio) și utilizat în principal în orice aplicație de proiectare RF care necesită atât performanțe reduse de zgomot, cât și operațiuni cu frecvență foarte mare.
- În prezent, HEMT-urile sunt mai de obicei încorporate în circuite integrate . Aceste cipuri de circuite integrate cu microunde monolitice (MMIC) sunt utilizate pe scară largă pentru aplicații de proiectare RF
O dezvoltare ulterioară a HEMT este PHEMT (tranzistor cu mobilitate electronică înaltă pseudomorfă). PHEMT-urile sunt utilizate pe scară largă în aplicații de comunicații fără fir și LNA (Low Noise Amplifier). Acestea oferă o eficiență ridicată a puterii ridicate și cifre și performanțe excelente de zgomot redus.
Astfel, totul este vorba Tranzistor cu mobilitate înaltă a electronilor (HEMT), funcționarea și aplicațiile sale. Dacă aveți întrebări despre acest subiect sau despre proiectele electrice și electronice, lăsați comentariile de mai jos.
