Tranzistor HEMT ili tranzistor velike elektrone je tip tranzistora s efektom polja (FET) , koji se koristi za kombinaciju tihog zvuka i vrlo visokih performansi na mikrovalnim frekvencijama. Ovo je važan uređaj za velike brzine, visoke frekvencije, digitalne krugove i mikrovalne krugove s niskim nivoom šuma. Te aplikacije uključuju računarstvo, telekomunikacije i instrumentaciju. Uređaj se također koristi u RF dizajnu, gdje su potrebne visoke performanse na vrlo visokim RF frekvencijama.
Konstrukcija tranzistora visoke elektronske pokretljivosti (HEMT)
Ključni element koji se koristi za konstrukciju HEMT-a je specijalizirani PN spoj. Poznat je kao hetero-spoj i sastoji se od spoja koji koristi različite materijale s obje strane spoja. Umjesto p-n spoj koristi se spoj metal-poluvodič (obrnuto pristrana Schottkyjeva barijera), gdje jednostavnost Schottkyjevih barijera omogućuje izradu kako bi se zatvorile geometrijske tolerancije.
Najčešći korišteni materijali su aluminijski galijev arsenid (AlGaAs) i galijev arsenid (GaAs). Galijev arsenid se obično koristi jer pruža visoku razinu osnovne pokretljivosti elektrona koja ima veće pokretljivosti i brzine zanošenja nosača od Si.
Shematski presjek HEMT-a
Izrada HEMT-a prema slijedećem postupku, prvo se na poluizolirajući sloj galij-arsenida postavlja vlastiti sloj galijevog arsenida. Ovo je samo oko 1 mikrona debljine. Nakon toga, na taj se sloj postavlja vrlo tanki sloj između 30 i 60 angstrema vlastitog aluminijskog galijevog arsenida. Glavna svrha ovog sloja je osigurati odvajanje sučelja hetero-spoja od dopiranog područja aluminijskog galijevog arsenida.
To je vrlo kritično ako se želi postići velika pokretljivost elektrona. Iznad toga je postavljen dopirani sloj aluminij-galij-arsenida oko 500 Angstrema, kao što je prikazano na donjim dijagramima. Potrebna je točna debljina ovog sloja i potrebne su posebne tehnike za kontrolu debljine ovog sloja.
Dvije su glavne strukture koje su samo-usklađena implantirana ionska struktura i struktura utora za udubljenje. U strukturi s ugrađenom ionskom implantacijom vrata, odvod i izvor su postavljeni i oni su općenito metalni kontakti, iako su izvori i odvodi ponekad mogu biti izrađeni od germanija. Vrata su općenito izrađena od titana i čine minutno obrnuto pristrani spoj sličan onome kod GaAs-FET.
Za strukturu utora za udubljenje postavljen je još jedan sloj galijevog arsenida n-tipa kako bi se omogućilo uspostavljanje odvodnih i izvornih kontakata. Područja su urezana kako je prikazano na donjem dijagramu.
Debljina ispod vrata je također vrlo kritična jer se granični napon FET-a određuje samo debljinom. Veličina vrata, a time je i kanal vrlo je mala. Da bi se održale visokofrekventne performanse, veličina ulaza trebala bi biti obično 0,25 mikrona ili manje.
Dijagrami presjeka koji uspoređuju strukture AlGaAs ili GaAs HEMT i GaAs
HEMT rad
Rad HEMT-a malo se razlikuje od ostalih vrsta FET-a i kao rezultat toga može dati vrlo poboljšane performanse u odnosu na standardni spoj ili MOS FET-ovi , a posebno u mikrovalnim RF aplikacijama. Elektroni iz područja n-tipa kreću se kroz kristalnu rešetku i mnogi ostaju blizu hetero-spoja. Ovi elektroni u sloju koji je debeo samo jedan sloj tvore se kao dvodimenzionalni elektronski plin prikazan na gornjoj slici (a).
Unutar ove regije elektroni se mogu slobodno kretati, jer nema drugih elektrona donora ili drugih predmeta s kojima će se elektroni sudariti, a pokretljivost elektrona u plinu je vrlo velika. Napon pristranosti primijenjen na kapiji formiranoj kao Schottkyjeva barijerna dioda koristi se za moduliranje broja elektrona u kanalu formiranom od 2D elektronskog plina i to uzastopno kontrolira vodljivost uređaja. Širinu kanala može mijenjati napon prednapona vrata.
Primjene HEMT-a
- HEMT je ranije bio razvijen za velike brzine. Zbog svojih niskih performansi buke, naširoko se koriste u malim pojačalima signala, pojačalima snage, oscilatorima i mješalicama koji rade na frekvencijama do 60 GHz.
- HEMT uređaji koriste se u širokom spektru aplikacija za RF dizajn, uključujući stanične telekomunikacije, izravne emitirajuće prijamnike - DBS, radio astronomiju, RADAR (sustav za detekciju i domet radija) i uglavnom se koristi u bilo kojoj aplikaciji RF dizajna koja zahtijeva i performanse s malim šumom i vrlo visoke frekvencije.
- Danas se HEMT-ovi češće ugrađuju u integrirani krugovi . Ovi monolitni mikrovalni čipovi s integriranim krugom (MMIC) široko se koriste za primjene RF dizajna
Daljnji razvoj HEMT-a je PHEMT (pseudomorfni tranzistor s visokom pokretljivošću elektrona). PHEMT se intenzivno koriste u bežičnim komunikacijama i LNA (Low Noise Amplifier) aplikacijama. Nudiju visoku učinkovitost dodane snage i izvrsne brojke i performanse s malim šumom.
Dakle, ovdje se radi o svemu Tranzistor visoke pokretljivosti elektrona (HEMT) konstrukcija, njezin rad i primjena. Ako imate pitanja o ovoj temi ili o električnim i elektroničkim projektima, ostavite komentare u nastavku.
