De HEMT- of High Electron Mobility-transistor is een type veldeffecttransistor (FET) , dat wordt gebruikt om een combinatie te bieden van een laag ruisgetal en zeer hoge prestatieniveaus bij microgolffrequenties. Dit is een belangrijk apparaat voor digitale circuits met hoge snelheid, hoge frequentie en microgolfcircuits met toepassingen met weinig ruis. Deze toepassingen omvatten computers, telecommunicatie en instrumentatie. En het apparaat wordt ook gebruikt in RF-ontwerp, waar hoge prestaties vereist zijn bij zeer hoge RF-frequenties.

Constructie met hoge elektronenmobiliteitstransistor (HEMT)

Het belangrijkste element dat wordt gebruikt om een HEMT te construeren, is de gespecialiseerde PN-overgang. Het staat bekend als een hetero-junctie en bestaat uit een junctie die aan weerszijden van de junctie verschillende materialen gebruikt. In plaats van de p-n-kruising wordt een metaal-halfgeleiderovergang (omgekeerde Schottky-barrière) gebruikt, waar de eenvoud van Schottky-barrières fabricage mogelijk maakt om geometrische toleranties te sluiten.

De meest gebruikte materialen zijn Aluminium Gallium Arsenide (AlGaAs) en Gallium Arsenide (GaAs). Galliumarsenide wordt over het algemeen gebruikt omdat het een hoog niveau van basale elektronenmobiliteit biedt met hogere mobiliteits- en dragersnelheden dan Si.

Schematische doorsnede van een HEMT

De fabricage van een HEMT gaat als volgt: eerst wordt een intrinsieke laag Gallium Arsenide op de semi-isolerende Gallium Arsenide laag gelegd. Dit is slechts ongeveer 1 micron dik. Daarna wordt een zeer dunne laag tussen 30 en 60 Angström intrinsiek Aluminium Gallium Arsenide op deze laag gelegd. Het belangrijkste doel van deze laag is om te zorgen voor de scheiding van de hetero-junctie-interface van het gedoteerde aluminium galliumarsenide-gebied.

Dit is erg kritisch als de hoge elektronenmobiliteit moet worden bereikt. De gedoteerde laag aluminiumgalliumarsenide met een dikte van ongeveer 500 Angstrom wordt daarboven neergezet zoals weergegeven in de onderstaande diagrammen. De exacte dikte van deze laag is vereist en er zijn speciale technieken nodig om de dikte van deze laag te beheersen.

Er zijn twee hoofdstructuren die de zelf-uitgelijnde ionen-geïmplanteerde structuur en de uitsparingpoortstructuur zijn. In zelf-uitgelijnde ionen geïmplanteerde structuur zijn de Gate, Drain en Source neergezet en het zijn over het algemeen metalen contacten, hoewel de source en drain contacten soms gemaakt kunnen zijn van germanium. De poort is over het algemeen gemaakt van titanium en vormt een minuscule omgekeerde voorgespannen junctie, vergelijkbaar met die van de GaAs-FET.

Voor de uitsparingpoortstructuur wordt nog een laag n-type galliumarsenide neergelegd om de afvoer- en broncontacten te maken. Gebieden zijn geëtst zoals weergegeven in het onderstaande diagram.

De dikte onder de poort is ook erg kritisch omdat de drempelspanning van de FET alleen wordt bepaald door de dikte. De grootte van de poort, en dus het kanaal, is erg klein. Om een hoogfrequente prestatie te behouden, moet de afmeting van de poort typisch 0,25 micron of minder zijn.

Dwarsdoorsnedediagrammen waarin structuren van een AlGaAs of GaAs HEMT en een GaAs worden vergeleken

HEMT-operatie

De werking van de HEMT is een beetje anders dan die van andere typen FET en daardoor is hij in staat om sterk verbeterde prestaties te leveren ten opzichte van de standaard junctie of MOS-FET's , en in het bijzonder in RF-microgolftoepassingen. De elektronen uit het n-type gebied bewegen door het kristalrooster en velen blijven dicht bij de Hetero-junctie. Deze elektronen in een laag die slechts één laag dik is, vormen een tweedimensionaal elektronengas zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding (a).

Binnen dit gebied kunnen de elektronen vrij bewegen, omdat er geen andere donorelektronen of andere items zijn waarmee elektronen in botsing komen en de mobiliteit van de elektronen in het gas erg hoog is. De voorspanning die wordt toegepast op de poort die is gevormd als een Schottky-barrièrediode, wordt gebruikt om het aantal elektronen in het kanaal dat is gevormd uit het 2 D-elektronengas te moduleren en achtereenvolgens regelt dit de geleidbaarheid van het apparaat. De breedte van het kanaal kan worden gewijzigd door de poortvoorspanning.

Toepassingen van HEMT

De HEMT is voorheen ontwikkeld voor hogesnelheidstoepassingen. Vanwege hun lage ruisprestaties worden ze veel gebruikt in kleine signaalversterkers, eindversterkers, oscillatoren en mixers die werken op frequenties tot 60 GHz.
HEMT-apparaten worden gebruikt in een breed scala aan RF-ontwerptoepassingen, waaronder mobiele telecommunicatie, directe uitzendontvangers - DBS, radioastronomie, RADAR (Radiodetectie en bereiksysteem) en wordt voornamelijk gebruikt in elke RF-ontwerptoepassing die zowel prestaties met een laag geluidsniveau als operaties met een zeer hoge frequentie vereist.
Tegenwoordig worden HEMT's vaker opgenomen in geïntegreerde schakelingen Deze Monolithic Microwave Integrated Circuit-chips (MMIC) worden veel gebruikt voor RF-ontwerptoepassingen

Een verdere ontwikkeling van de HEMT is PHEMT (Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor). De PHEMT's worden op grote schaal gebruikt in draadloze communicatie en LNA-toepassingen (Low Noise Amplifier). Ze bieden een hoog vermogen extra efficiëntie en uitstekende lage geluidsniveaus en prestaties.

Dit gaat dus allemaal over Transistor met hoge elektronenmobiliteit (HEMT) constructie, de werking en toepassingen. Als u vragen heeft over dit onderwerp of over de elektrische en elektronische projecten, laat dan onderstaande opmerkingen achter.