HEMT eller High Electron Mobility Transistor er en type felt effekt transistor (FET) , som brukes til å tilby en kombinasjon av lavt støynivå og svært høye ytelsesnivåer ved mikrobølgefrekvenser. Dette er en viktig enhet for høyhastighets, høyfrekvente, digitale kretser og mikrobølgekretser med applikasjoner med lite støy. Disse applikasjonene inkluderer databehandling, telekommunikasjon og instrumentering. Og enheten brukes også i RF-design, der det kreves høy ytelse ved svært høye RF-frekvenser.

High Electron Mobility Transistor (HEMT) konstruksjon

Nøkkelelementet som brukes til å konstruere en HEMT er det spesialiserte PN-krysset. Det er kjent som et hetero-kryss og består av et kryss som bruker forskjellige materialer på hver side av krysset. I stedet for p-n kryss , brukes et metall-halvlederkryss (omvendt forspent Schottky-barriere), hvor enkelheten til Schottky-barrierer tillater fabrikasjon å lukke geometriske toleranser.

De vanligste materialene som brukes Aluminium Gallium Arsenide (AlGaAs) og Gallium Arsenide (GaAs). Galliumarsenid brukes vanligvis fordi det gir et høyt nivå av grunnleggende elektronmobilitet som har høyere mobilitet og bæreevnehastighet enn Si.

Skjematisk tverrsnitt av en HEMT

Fremstillingen av en HEMT som følger prosedyre, først legges et iboende lag av galliumarsenid ned på det halvisolerende galliumarsenidlaget. Dette er bare omtrent 1mikron tykt. Etter det blir et veldig tynt lag mellom 30 og 60 Ångstrøm av iboende aluminium Gallium Arsenide satt ned på toppen av dette laget. Hovedformålet med dette laget er å sikre separasjonen av Hetero-kryssgrensesnittet fra det dopede aluminium Galliumarsenidområdet.

Dette er veldig kritisk hvis den høye elektronmobiliteten skal oppnås. Det dopede laget av aluminiumgalliumarsenid, omtrent 500 Ångstrøm tykt, er satt ned over dette som vist i diagrammene nedenfor. Den nøyaktige tykkelsen på dette laget er nødvendig, og det kreves spesielle teknikker for å kontrollere tykkelsen på dette laget.

Det er to hovedstrukturer som er den selvjusterte ionimplanterte strukturen og fordypningsportstrukturen. I selvjustert ionimplantert struktur er Gate, Drain og Source satt ned, og de er generelt metalliske kontakter, selv om kilde- og avløpskontaktene noen ganger kan være laget av germanium. Porten er vanligvis laget av titan, og den danner et lite omvendt forspent kryss som ligner på GaAs-FET.

For fordypningskonstruksjonen er et nytt lag av n-type Gallium-arsenid satt ned for å muliggjøre avløp og kildekontakter. Områder er etset som vist i diagrammet nedenfor.

Tykkelsen under porten er også veldig kritisk siden terskelspenningen til FET bestemmes kun av tykkelsen. Portens størrelse, og dermed kanalen, er veldig liten. For å opprettholde en høyfrekvent ytelse, bør porten være 0,25 mikron eller mindre.

Tverrsnittsdiagrammer som sammenligner strukturer av en AlGaAs eller GaAs HEMT og en GaAs

HEMT-drift

Driften av HEMT er litt annerledes enn andre typer FET, og som et resultat er den i stand til å gi en veldig forbedret ytelse over standardkrysset eller MOS FETs , og spesielt i RF-applikasjoner for mikrobølgeovner. Elektronene fra n-type regionen beveger seg gjennom krystallgitteret og mange forblir nær Hetero-krysset. Disse elektronene i et lag som bare er ett lag tykt, danner som en todimensjonal elektrongass vist i figuren (a) ovenfor.

Innenfor denne regionen er elektronene i stand til å bevege seg fritt, fordi det ikke er andre donorelektroner eller andre gjenstander som elektronene vil kollidere med, og mobiliteten til elektronene i gassen er veldig høy. Forspenningen som påføres porten som er dannet som en Schottky-barrierdiode, brukes til å modulere antall elektroner i kanalen som dannes fra 2D-elektrongassen, og fortløpende styrer dette ledningsevnen til enheten. Bredden på kanalen kan endres av portforspenningen.

Søknader om HEMT

HEMT ble tidligere utviklet for applikasjoner med høy hastighet. På grunn av deres lave støyytelse blir de mye brukt i små signalforsterkere, effektforsterkere, oscillatorer og miksere som opererer med frekvenser opptil 60 GHz.
HEMT-enheter brukes i et bredt spekter av RF-designapplikasjoner, inkludert mobil telekommunikasjon, direkte kringkastingsmottakere - DBS, radioastronomi, RADAR (Radio Detection and Ranging System) og brukes hovedsakelig i alle RF-designapplikasjoner som krever både lav støyytelse og svært høyfrekvente operasjoner.
I dag er HEMTs mer vanlig innlemmet i integrerte kretser . Disse monolitiske mikrobølgeovnintegrerte kretsbrikkene (MMIC) brukes mye til RF-designapplikasjoner

En videre utvikling av HEMT er PHEMT (Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor). PHEMT-ene brukes mye i trådløs kommunikasjon og LNA (Low Noise Amplifier) -applikasjoner. De gir høy effektivitet og utmerkede lavt støy tall og ytelse.

Dermed handler dette om Transistor med høy elektronmobilitet (HEMT) konstruksjon, drift og applikasjoner. Hvis du har spørsmål om dette emnet eller om elektriske og elektroniske prosjekter, kan du legge igjen kommentarene nedenfor.