高电子迁移率晶体管

HEMT或高电子迁移率晶体管用于非常严格的高频微波应用,性能是必不可少的。


场效应晶体管,场效应晶体管包括:
场效应晶体管的基本知识场效应晶体管的规格JFET场效应晶体管双栅MOSFET功率场效应晶体管MESFET / GaAs FETHEMT & PHEMTFinFET技术IGBT


HEMT代表高电子迁移率晶体管。该器件是场效应晶体管(FET)的一种形式,它利用了一种非常狭窄的通道,使其能够在极高的频率下工作。

除了非常高的频率性能,HEMT还提供了非常有吸引力的低噪声性能。

本质上,该器件是一个场效应晶体管,将具有不同带隙的两种材料之间的结(即异质结)作为通道,而不是标准MOSFET中使用的掺杂区域。

由于其结构,HEMT在某些情况下也可被称为异质结FET、FET或调制掺杂FET、MODFET。

HEMT发展

尽管HEMT基本上是场效应晶体管的一种形式,但它利用了一种不寻常的电子运动模式。

这种载体运输方式在1969年首次被研究,但直到1980年,第一个实验装置才可用研究和初步使用。

在20世纪80年代,它们开始被使用,但鉴于它们最初非常高的成本,它们的使用非常有限。

现在,由于它们的成本有所降低,它们得到了更广泛的应用,甚至在移动通信以及各种微波无线电通信链路和许多其他射频设计应用中找到了用途。beplayer体育官网

HEMT结构与制造

HEMT的关键元件是它所使用的专用PN结。它被称为异质结,由在结的两端使用不同材料的结组成。最常见的材料是铝砷化镓(AlGaAs)和砷化镓(GaAs)。

砷化镓通常被使用,因为它提供了高水平的基本电子迁移率,这对器件的操作至关重要。硅不被使用,因为它的电子迁移率低得多。

HEMT中可以使用各种不同的结构,但基本上都使用相同的制造过程。

在HEMT的制造中,首先在半绝缘砷化镓层上设置砷化镓的固有层。这只有一微米厚。

然后在上面铺上一层非常薄的(30到60埃之间)内嵌的砷化铝镓。其目的是确保异质结界面与掺杂铝砷化镓区域的分离。如果要达到高电子迁移率,这是至关重要的。

大约500埃厚的砷化铝镓掺杂层位于这上面。精确控制这一层的厚度是必要的,并需要特殊的技术来控制这一层。

主要有两种结构。它们是自对准离子注入结构和隐窝栅极结构。在自对准离子注入结构的情况下,栅极、漏极和源极通常是金属触点,尽管源极和漏极触点有时可能由锗制成。栅极一般由钛制成,它形成一个微小的反向偏置结,类似于GaAsFET。

对于隐窝栅极结构,设置另一层n型砷化镓,以使漏极和源极接触。区域蚀刻如图所示。栅极下的厚度也非常关键,因为场效应管的阈值电压是由它决定的。门的大小,因此通道非常小。通常,栅极只有0.25微米或更小,使设备具有非常好的高频性能。

HEMT操作

HEMT的操作与其他类型的场效应晶体管有些不同。

来自n型区域的电子穿过晶格,许多保持在异质结附近。这些电子形成了一层只有一个电子厚的层,形成了所谓的二维电子气。在这个区域内,电子能够自由移动,因为没有其他的电子供体或电子会与之碰撞的其他物体,而且气体中电子的迁移率非常高。

应用于肖特基势垒二极管形成的栅的偏置用来调节由二维电子气形成的通道中的电子数量,反过来这又控制了器件的导电性。这可以与更传统类型的场效应管相比,其中通道的宽度是由栅偏压改变的。

使用HEMT设备有几个优点:

  • 高收益:hemt在微波频率下具有很高的增益,因为载流子几乎完全是多数载流子,而少数载流子没有显著参与。
  • 低噪音:hemt提供非常低的噪声操作,因为与其他场效应器件相比,器件中的电流变化很小。

应用程序

HEMT最初是为高速应用开发的。只有当第一个装置被制造出来时,人们才发现它们表现出非常低的噪声数据。这与二维电子气体的性质和电子碰撞较少的事实有关。

由于其噪声性能,它们被广泛用于低噪声小信号放大器,功率放大器,振荡器和混频器,工作频率高达60 GHz及以上,预计最终设备将广泛用于频率约100 GHz的设备。事实上,HEMT器件广泛应用于射频设计应用中,包括蜂窝通信,直接广播接收器- DBS,雷达,射电天文学,以及任何需要低噪声和高频性能结合的射频设计应用beplayer体育官网

hemt由全球许多半导体设备制造商生产。它们可能以分立晶体管的形式存在,但现在它们更多地被集成到集成电路中。这些单片微波集成电路芯片(MMICs)被广泛用于射频设计应用,基于HEMT的MMICs被广泛用于在许多领域提供所需的性能水平。

其他基于HEMT的设备

基本HEMT装置有许多变种。这些其他设备在某些领域提供额外的性能。

  • pHEMT:PHEMTs得名于它是一种赝形高电子迁移率晶体管。这些设备广泛应用于无线通信和LNA应用中。beplayer体育官网

    PHEMT晶体管提供了高功率附加效率结合优良的低噪声数字和性能。因此,PHEMTs被广泛应用于各种形式的卫星通信系统中,包括直接广播卫星电视,DBS-TV,它们被用于低噪声箱,LNBs与卫星天线一起使用。它们也用于一般的卫星通信系统以及雷达和微波无线电通信系统。beplayer体育官网PHEMT技术也应用于高速模拟和数字集成电路技术中,在这些领域需要极高的速度。
  • mHEMT:mHEMT或变质HEMT是pHEMT的进一步发展。缓冲层由AlInAs制成,铟浓度分级,使其能够匹配GaAs衬底和GaInAs通道的晶格常数。这带来的好处是,几乎任何浓度的铟在通道可以利用,所以设备可以优化不同的应用。研究发现,低浓度的铟能提供更好的低噪声性能,而高浓度的铟能提供更大的增益。

这些HEMT变体不太为人所知,但能够在一些小众应用程序中提供所需的一些特征。

更多的电子元件:
电阻电容器电感器石英晶体二极管晶体管光电晶体管场效应晶体管内存类型晶闸管连接器射频连接器阀门/管电池开关继电器表面安装技术
回到组件菜单…




X