Το τρανζίστορ HEMT ή High Electron Mobility είναι ένα τύπος τρανζίστορ εφέ πεδίου (FET) , που χρησιμοποιείται για να προσφέρει συνδυασμό χαμηλού θορύβου και πολύ υψηλών επιπέδων απόδοσης σε συχνότητες μικροκυμάτων. Αυτή είναι μια σημαντική συσκευή για υψηλής ταχύτητας, υψηλής συχνότητας, ψηφιακά κυκλώματα και κυκλώματα μικροκυμάτων με εφαρμογές χαμηλού θορύβου. Αυτές οι εφαρμογές περιλαμβάνουν υπολογιστές, τηλεπικοινωνίες και όργανα. Και η συσκευή χρησιμοποιείται επίσης στη σχεδίαση RF, όπου απαιτείται υψηλή απόδοση σε πολύ υψηλές συχνότητες RF.
Υψηλή κατασκευή ηλεκτρονικών τρανζίστορ (HEMT)
Το βασικό στοιχείο που χρησιμοποιείται για την κατασκευή ενός HEMT είναι η εξειδικευμένη σύνδεση PN. Είναι γνωστό ως ετερο-διασταύρωση και αποτελείται από μια διασταύρωση που χρησιμοποιεί διαφορετικά υλικά και στις δύο πλευρές της διασταύρωσης. Αντί για το διασταύρωση p-n , χρησιμοποιείται μια σύνδεση μετάλλου-ημιαγωγού (αντίστροφη μεροληπτική φραγή Schottky), όπου η απλότητα των φραγμών Schottky επιτρέπει την κατασκευή να κλείνει τις γεωμετρικές ανοχές.
Τα πιο συνηθισμένα υλικά χρησιμοποίησαν το αργίλιο Gallium Arsenide (AlGaAs) και το Gallium Arsenide (GaAs). Το Gallium Arsenide χρησιμοποιείται γενικά επειδή παρέχει υψηλό επίπεδο βασικής κινητικότητας ηλεκτρονίων που έχει υψηλότερη κινητικότητα και ταχύτητες μετατόπισης φορέα από το Si.
Σχηματική διατομή ενός HEMT
Η κατασκευή ενός HEMT ως εξής διαδικασία, πρώτα τοποθετείται ένα εσωτερικό στρώμα Gallium Arsenide στο ημι-μονωτικό στρώμα Gallium Arsenide. Έχει πάχος περίπου 1 μικρό. Μετά από αυτό, ένα πολύ λεπτό στρώμα μεταξύ 30 και 60 Angstroms του εσωτερικού αλουμινίου Gallium Arsenide τοποθετείται πάνω από αυτό το στρώμα. Ο κύριος σκοπός αυτού του στρώματος είναι να διασφαλίσει το διαχωρισμό της διασύνδεσης Hetero-διασταύρωσης από την περιοχή πρόσμιξης αλουμινίου Gallium Arsenide.
Αυτό είναι πολύ κρίσιμο για να επιτευχθεί η υψηλή κινητικότητα ηλεκτρονίων. Το ενισχυμένο στρώμα του αργιλίου Gallium Arsenide πάχους περίπου 500 Angstroms τοποθετείται πάνω από αυτό όπως φαίνεται στα παρακάτω διαγράμματα. Απαιτείται το ακριβές πάχος αυτού του στρώματος και απαιτούνται ειδικές τεχνικές για τον έλεγχο του πάχους αυτού του στρώματος.
Υπάρχουν δύο κύριες δομές που είναι η αυτο-ευθυγραμμισμένη δομή εμφυτευμένου ιόντος και η δομή πύλης εσοχής. Σε αυτο-ευθυγραμμισμένη δομή εμφυτευμένου ιόντος, η Πύλη, η Αποχέτευση και η Πηγή βρίσκονται κάτω και είναι γενικά μεταλλικές επαφές, αν και οι επαφές πηγής και αποστράγγισης μπορεί μερικές φορές να γίνονται από γερμανικό. Η πύλη είναι γενικά κατασκευασμένη από τιτάνιο και σχηματίζει μια λεπτή αντίστροφη διασταύρωση παρόμοια με αυτήν του GaAs-FET.
Για τη δομή της πύλης εσοχής, έχει δημιουργηθεί ένα άλλο στρώμα Gallium Arsenide τύπου n για να επιτρέπει την πραγματοποίηση επαφών αποστράγγισης και πηγής. Οι περιοχές χαράσσονται όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα.
Το πάχος κάτω από την πύλη είναι επίσης πολύ κρίσιμο αφού η τάση κατωφλίου του FET καθορίζεται μόνο από το πάχος. Το μέγεθος της πύλης, και ως εκ τούτου το κανάλι είναι πολύ μικρό. Για να διατηρηθεί μια απόδοση υψηλής συχνότητας, το μέγεθος της πύλης πρέπει να είναι τυπικά 0,25 μικρά ή λιγότερο.
Διατομεακά διαγράμματα που συγκρίνουν δομές ενός AlGaAs ή GaAs HEMT και ενός GaAs
Λειτουργία HEMT
Η λειτουργία του HEMT είναι λίγο διαφορετική από άλλους τύπους FET και ως εκ τούτου, είναι σε θέση να δώσει μια πολύ βελτιωμένη απόδοση σε σχέση με την τυπική σύνδεση ή MOS FET , και συγκεκριμένα σε εφαρμογές RF μικροκυμάτων. Τα ηλεκτρόνια από την περιοχή τύπου-n κινούνται μέσω του κρυσταλλικού δικτυωτού πλέγματος και πολλά παραμένουν κοντά στη διασταύρωση Hetero. Αυτά τα ηλεκτρόνια σε ένα στρώμα πάχους μόνο ενός στρώματος, σχηματίζονται ως ένα δισδιάστατο αέριο ηλεκτρονίων που φαίνεται στο παραπάνω σχήμα (α).
Σε αυτήν την περιοχή, τα ηλεκτρόνια είναι σε θέση να κινούνται ελεύθερα, επειδή δεν υπάρχουν άλλα ηλεκτρόνια δότες ή άλλα αντικείμενα με τα οποία τα ηλεκτρόνια θα συγκρουστούν και η κινητικότητα των ηλεκτρονίων στο αέριο είναι πολύ υψηλή. Η τάση πόλωσης που εφαρμόζεται στην πύλη που σχηματίζεται ως δίοδος φραγμού Schottky χρησιμοποιείται για τη διαμόρφωση του αριθμού των ηλεκτρονίων στο κανάλι που σχηματίζεται από το αέριο ηλεκτρονίου 2 D και διαδοχικά αυτό ελέγχει την αγωγιμότητα της συσκευής. Το πλάτος του καναλιού μπορεί να αλλάξει με την τάση πόλωσης πύλης.
Εφαρμογές του HEMT
- Το HEMT είχε προηγουμένως αναπτυχθεί για εφαρμογές υψηλής ταχύτητας. Λόγω της χαμηλής απόδοσής τους, χρησιμοποιούνται ευρέως σε μικρούς ενισχυτές σήματος, ενισχυτές ισχύος, ταλαντωτές και μίκτες που λειτουργούν σε συχνότητες έως 60 GHz.
- Οι συσκευές HEMT χρησιμοποιούνται σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών σχεδιασμού ραδιοσυχνοτήτων, όπως κυψελοειδείς τηλεπικοινωνίες, δέκτες άμεσης μετάδοσης - DBS, ραδιοαστρονομία, RADAR (Σύστημα ανίχνευσης και εμβέλειας ραδιοφώνου) και χρησιμοποιείται κυρίως σε οποιαδήποτε εφαρμογή σχεδιασμού RF που απαιτεί τόσο χαμηλή απόδοση θορύβου όσο και λειτουργίες πολύ υψηλής συχνότητας.
- Σήμερα τα HEMT ενσωματώνονται συνήθως ολοκληρωμένα κυκλώματα . Αυτά τα ολοκληρωμένα κυκλώματα μονολιθικού μικροκυμάτων (MMIC) χρησιμοποιούνται ευρέως για εφαρμογές σχεδιασμού RF
Μια περαιτέρω εξέλιξη του HEMT είναι το PHEMT (Ψευδομορφικό Τρανζίστορ Κινητικότητας Υψηλών Ηλεκτρονίων). Τα PHEMT χρησιμοποιούνται εκτενώς σε εφαρμογές ασύρματων επικοινωνιών και LNA (Ενισχυτής χαμηλού θορύβου). Προσφέρουν υψηλή απόδοση προστιθέμενης ισχύος και εξαιρετικά χαμηλές τιμές θορύβου και απόδοση.
Επομένως, αυτό είναι όλο Τρανζίστορ υψηλής κινητικότητας ηλεκτρονίων (HEMT) κατασκευή, λειτουργία και εφαρμογές του. Εάν έχετε απορίες σχετικά με αυτό το θέμα ή σχετικά με τα ηλεκτρικά και ηλεκτρονικά έργα αφήστε τα σχόλια παρακάτω.
