Что такое транзистор с высокой подвижностью электронов (HEMT)?

HEMT означает транзистор с высокой подвижностью электронов и представляет собой тип полевого транзистора (FET), состоящего из полупроводникового соединения, состоящего из двух или более элементов.

HEMT иногда называют гетеропереходными полевыми транзисторами, поскольку они образуют P-N-переход с помощью гетероперехода двух соединений с различными свойствами.

Материалы, используемые в HEMT, включают арсенид галлия (GaAs), нитрид галлия (GaN) и фосфид индия (InP).

HEMT характеризуется более быстрой передачей электронов и меньшим шумом по сравнению с МОП-транзисторами на основе кремния.

Применение HEMT

HEMT превосходны в высокоскоростной обработке и имеют низкий уровень шума, что делает их подходящими для приложений высокочастотной связи. К ним относятся системы санитарной связи, высокоскоростные цифровые схемы для оптической связи, автомобильные навигационные системы, автомобильные радары и системы базовых станций сотовой связи.

В частности, системы базовых станций сотовой связи являются областью, где HEMT имеют большое значение, поскольку обычные транзисторы, такие как кремниевые MOSFET, больше не могут обрабатывать высокие частоты и широкий диапазон частот 5-го поколения (5G).

Кроме того, HEMT имеют низкое энергопотребление и низкое тепловыделение, что позволяет отказаться от установки вентиляторов воздушного охлаждения и другого оборудования, способствуя миниатюризации и снижению веса систем базовых станций.

Принцип HEMT

HEMT представляют собой тип полевого транзистора (FET).

В полевом транзисторе напряжение (напряжение затвора) прикладывается к затворному электроду для генерации электролиза в области канала. Это путь для электронов, а количество электронов или дырок контролируется для регулирования тока, протекающего между электродами истока и стока (ток исток-сток).

В полевом транзисторе обедненный слой формируется на границе между кремниевым полупроводником и оксидной пленкой непосредственно под затворным электродом, к которому приложено напряжение. Когда прикладывается определенное большое напряжение затвора, область около интерфейса становится инвертированной P-N, и ток течет через эту область как через область канала.

С другой стороны, HEMT имеют тонкий полупроводниковый барьерный слой поверх полуизолирующего слоя, а затворный электрод и барьерный слой образуют контакт Шоттки. В случае самых простых AlGaAs/GaAs HEMT GaAs используется для полуизолирующего слоя, а AlGaAs для барьерного слоя.

Слой AlGaAs очень тонкий, а внутренняя часть AlGaAs полностью истощена, поэтому канальный слой здесь сформироваться не может. Вместо этого свободные электроны накапливаются на границе раздела между AlGaAs и GaAs, образуя тонкую область канала, состоящую из двумерного электронного газа на стороне GaAs.

Когда к затворному электроду прикладывается напряжение, концентрация двумерного электронного газа изменяется из-за эффекта электрического поля. Если в это время подать напряжение между истоком и стоком, то потечет ток.

Поскольку область канала HEMT представляет собой слой GaAs высокой чистоты с минимальным содержанием примесей, электроны могут двигаться с высокой скоростью, не сталкиваясь с примесями, что приводит к снижению шума.