HEMT nebo tranzistor s vysokou elektronovou mobilitou je a typ tranzistoru s efektem pole (FET) , který se používá k nabízení kombinace nízkého šumu a velmi vysokých úrovní výkonu na mikrovlnných frekvencích. Toto je důležité zařízení pro vysokorychlostní, vysokofrekvenční, digitální obvody a mikrovlnné obvody s nízkošumovými aplikacemi. Mezi tyto aplikace patří výpočetní technika, telekomunikace a vybavení. A zařízení se také používá v RF designu, kde je vyžadován vysoký výkon při velmi vysokých RF frekvencích.
Konstrukce tranzistoru s vysokou elektronovou mobilitou (HEMT)
Klíčovým prvkem, který se používá ke konstrukci HEMT, je specializovaná křižovatka PN. Je znám jako hetero-spojení a skládá se ze spojení, které používá různé materiály na obou stranách spojení. Místo toho p-n křižovatka , se používá spojení kov-polovodič (Schottkyho bariéra s předpětím), kde jednoduchost Schottkyho bariéry umožňuje výrobu uzavřít geometrické tolerance.
Nejběžnější materiály, které se používají, jsou arsenid hlinitý a gallium (AlGaAs) a arsenid galia (GaAs). Gallium arsenid se obecně používá, protože poskytuje vysokou úroveň základní pohyblivosti elektronů, která má vyšší pohyblivost a rychlost driftu nosiče než Si.
Schematický průřez HEMT
Při výrobě HEMT následujícím způsobem se nejprve položí vnitřní vrstva arsenidu galia na poloizolační vrstvu arsenidu galia. To je jen asi 1 mikron. Poté se na tuto vrstvu položí velmi tenká vrstva mezi 30 a 60 angstromy vnitřního arsenidu hlinitého a gália. Hlavním účelem této vrstvy je zajistit oddělení rozhraní Hetero-Junction od dotovaného regionu Arsenide Allium Gallium.
To je velmi důležité, má-li být dosaženo vysoké mobility elektronů. Dopovaná vrstva hliníku galium arsenidu o tloušťce přibližně 500 Angstromů je nad touto vrstvou, jak je znázorněno na následujících diagramech. Je požadována přesná tloušťka této vrstvy a pro kontrolu tloušťky této vrstvy jsou vyžadovány speciální techniky.
Existují dvě hlavní struktury, kterými jsou samonosná iontová implantovaná struktura a struktura vybrání brány. V samy zarovnané iontově implantované struktuře jsou brána, odtok a zdroj nastaveny a jsou to obvykle kovové kontakty, i když zdroje a odtokové kontakty mohou být někdy vyrobeny z germania. Brána je obecně vyrobena z titanu a tvoří minutové reverzní předpětí podobné jako u GaAs-FET.
U struktury zahloubené brány je položena další vrstva gallium arsenidu typu n, aby bylo možné vytvořit kontakty odtoku a zdroje. Oblasti jsou leptány, jak je znázorněno na obrázku níže.
Tloušťka pod hradlem je také velmi kritická, protože prahové napětí FET je určováno pouze tloušťkou. Velikost brány, a tím i kanál, je velmi malá. Pro udržení vysokofrekvenčního výkonu by velikost brány měla být obvykle 0,25 mikronů nebo méně.
Průřezové diagramy porovnávající struktury HEMT AlGaAs nebo GaAs a GaAs
Provoz HEMT
Provoz HEMT se trochu liší od ostatních typů FET a ve výsledku je schopen poskytnout mnohem lepší výkon oproti standardnímu spojení nebo MOS FET , a zejména v mikrovlnných RF aplikacích. Elektrony z oblasti typu n se pohybují skrz krystalovou mřížku a mnohé z nich zůstávají blízko Hetero-spojení. Tyto elektrony ve vrstvě, která je tlustá pouze jednu vrstvu, se tvoří jako dvourozměrný elektronový plyn zobrazený na výše uvedeném obrázku (a).
V této oblasti se elektrony mohou volně pohybovat, protože neexistují žádné jiné donorové elektrony nebo jiné předměty, se kterými se elektrony srazí, a mobilita elektronů v plynu je velmi vysoká. Předpětí aplikované na hradlo vytvořené jako Schottkyho bariérová dioda se používá k modulaci počtu elektronů v kanálu vytvořeném z 2D elektronového plynu a následně řídí vodivost zařízení. Šířku kanálu lze změnit předpětím brány.
Aplikace HEMT
- HEMT byl dříve vyvinut pro vysokorychlostní aplikace. Vzhledem k jejich nízkému šumu jsou široce používány v malých zesilovačích signálu, výkonových zesilovačích, oscilátorech a mixážních pultech pracujících na frekvencích až 60 GHz.
- Zařízení HEMT se používají v široké škále návrhových aplikací RF, včetně celulárních telekomunikací, přijímačů přímého vysílání - DBS, radioastronomie, RADAR (systém pro detekci a měření vzdálenosti) a hlavně se používá v jakékoli RF konstrukční aplikaci, která vyžaduje jak nízkošumový výkon, tak velmi vysokofrekvenční provoz.
- V dnešní době jsou HEMTs obvykle začleněny do integrované obvody . Tyto monolitické mikrovlnné integrované obvody (MMIC) jsou široce používány pro aplikace RF designu
Dalším vývojem HEMT je PHEMT (Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor). PHEMTs jsou široce používány v bezdrátové komunikaci a LNA (Low Noise Amplifier) aplikacích. Nabízejí vysokou přidanou účinnost a vynikající nízkou hlučnost a výkon.
O toto tedy jde Tranzistor s vysokou elektronovou mobilitou (HEMT) konstrukce, její provoz a aplikace. Pokud máte jakékoli dotazy k tomuto tématu nebo k elektrickým a elektronickým projektům, zanechte níže uvedené komentáře.
