HEMT alebo tranzistor s vysokou elektrónovou mobilitou je a typ tranzistora s efektom poľa (FET) , ktorý sa ponúka na kombináciu nízkej šumovej hodnoty a veľmi vysokej úrovne výkonu na mikrovlnných frekvenciách. Toto je dôležité zariadenie pre vysokorýchlostné, vysokofrekvenčné, digitálne obvody a mikrovlnné obvody s nízkou hlučnosťou. Tieto aplikácie zahŕňajú výpočtovú techniku, telekomunikácie a prístrojové vybavenie. A zariadenie sa tiež používa v RF dizajne, kde sa vyžaduje vysoký výkon pri veľmi vysokých RF frekvenciách.

Konštrukcia tranzistora s vysokou elektrónovou mobilitou (HEMT)

Kľúčovým prvkom, ktorý sa používa na zostrojenie HEMT, je špecializované spojenie PN. Je známy ako hetero-spoj a pozostáva z križovatky, ktorá používa rôzne materiály na obidvoch stranách križovatky. Namiesto p-n križovatka sa používa spojenie kov-polovodič (Schottkyho bariéra s reverzným predpätím), kde jednoduchosť Schottkyho bariéry umožňuje výrobu s cieľom uzavrieť geometrické tolerancie.

Najbežnejšie použité materiály sú hliník gálium arzenid (AlGaAs) a gálium arzenid (GaAs). Gálium arzenid sa všeobecne používa, pretože poskytuje vysokú úroveň základnej pohyblivosti elektrónov, ktorá má vyššiu pohyblivosť a rýchlosť driftu nosiča ako Si.

Schematický rez HEMT

Pri výrobe HEMT nasledujúcim spôsobom sa najskôr pololoží vnútorná vrstva arzenidu gália na poloizolačnú vrstvu arzenidu gália. Je to len asi 1 mikrón. Potom sa na túto vrstvu položí veľmi tenká vrstva 30 až 60 angstromov vnútorného arzenidu hlinitého a gália. Hlavným účelom tejto vrstvy je zabezpečiť oddelenie rozhrania Hetero-križovatka od oblasti dotovaného arzenidu hliníka a gália.

To je veľmi dôležité, ak sa má dosiahnuť vysoká mobilita elektrónov. Nad touto vrstvou je položená dotovaná vrstva hliníka a gália arzenidu asi 500 angstrômov, ako je to znázornené na nasledujúcich diagramoch. Vyžaduje sa presná hrúbka tejto vrstvy a na kontrolu hrúbky tejto vrstvy sú potrebné špeciálne techniky.

Existujú dve hlavné štruktúry, ktorými sú samo-usporiadaná iónová implantovaná štruktúra a štruktúra priehlbiny. V samy zarovnanej iónovo implantovanej štruktúre sú brána, odtok a zdroj umiestnené a sú to obvykle kovové kontakty, aj keď zdroj a odtokové kontakty môžu byť niekedy vyrobené z germánia. Brána je všeobecne vyrobená z titánu a vytvára minútové spätné predpäté spojenie podobné tomu v GaAs-FET.

Pre štruktúru priehlbiny je položená ďalšia vrstva gálium-arzenidu typu n, ktorá umožňuje vytvorenie odtokových a zdrojových kontaktov. Oblasti sú leptané, ako je znázornené na obrázku nižšie.

Hrúbka pod hradlom je tiež veľmi kritická, pretože prahové napätie FET je určené iba hrúbkou. Veľkosť brány, a teda kanál, je veľmi malý. Na udržanie vysokofrekvenčného výkonu by veľkosť brány mala byť zvyčajne 0,25 mikrónov alebo menej.

Prierezové diagramy porovnávajúce štruktúry HEMT AlGaAs alebo GaAs a GaAs

Prevádzka HEMT

Činnosť HEMT sa trochu líši od ostatných typov FET a vo výsledku je schopná podať oveľa lepší výkon oproti štandardnému spojeniu alebo MOS FET , najmä v mikrovlnných RF aplikáciách. Elektróny z oblasti typu n sa pohybujú cez krištáľovú mriežku a mnohé z nich zostávajú blízko heterokonjunkcie. Tieto elektróny vo vrstve, ktorá je hrubá iba jednu vrstvu, tvoria sa ako dvojrozmerný elektrónový plyn znázornený na obrázku (a) vyššie.

V tejto oblasti sa elektróny môžu voľne pohybovať, pretože neexistujú žiadne ďalšie donorové elektróny alebo iné predmety, s ktorými by elektróny kolidovali, a mobilita elektrónov v plyne je veľmi vysoká. Predpätie dodávané do hradla vytvoreného ako Schottkyho bariérová dióda sa používa na moduláciu počtu elektrónov v kanáli tvorenom z 2D elektrónového plynu a následne riadi vodivosť zariadenia. Šírku kanála možno zmeniť predpätím brány.

Aplikácie HEMT

HEMT bol pôvodne vyvinutý pre vysokorýchlostné aplikácie. Vďaka nízkemu šumu sa široko používajú v malých zosilňovačoch signálu, výkonových zosilňovačoch, oscilátoroch a mixéroch pracujúcich pri frekvenciách do 60 GHz.
Zariadenia HEMT sa používajú v širokej škále aplikácií pre návrh RF vrátane celulárnej telekomunikácie, prijímačov priameho vysielania - DBS, rádioastronómie, RADAR (rádiový detekčný a merací systém) a hlavne sa používa v akejkoľvek RF dizajnovej aplikácii, ktorá vyžaduje ako nízkošumový výkon, tak veľmi vysokofrekvenčné operácie.
V dnešnej dobe sú HEMTy obvykle začlenené do integrované obvody . Tieto monolitické mikrovlnné integrované obvodové čipy (MMIC) sa široko používajú pre RF návrhové aplikácie

Ďalším vývojom HEMT je PHEMT (pseudomorfný tranzistor s vysokou elektrónovou mobilitou). PHEMT sa široko používajú v bezdrôtovej komunikácii a aplikáciách LNA (nízkošumový zosilňovač). Ponúkajú vysokú účinnosť a vynikajúci nízky šum a výkon.

Toto je teda všetko o Tranzistor s vysokou mobilitou elektrónov (HEMT) konštrukcia, jej prevádzka a aplikácie. Ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa tejto témy alebo elektrických a elektronických projektov, zanechajte komentár nižšie.