Il transistor HEMT o High Electron Mobility è un tipo di transistor ad effetto di campo (FET) , che viene utilizzato per offrire una combinazione di bassa figura di rumore e livelli molto elevati di prestazioni alle frequenze delle microonde. Questo è un dispositivo importante per circuiti digitali ad alta velocità, alta frequenza e circuiti a microonde con applicazioni a basso rumore. Queste applicazioni includono informatica, telecomunicazioni e strumentazione. E il dispositivo viene utilizzato anche nella progettazione RF, dove sono richieste prestazioni elevate a frequenze RF molto elevate.
Costruzione HEMT (High Electron Mobility Transistor)
L'elemento chiave utilizzato per costruire un HEMT è la giunzione PN specializzata. È noto come etero-giunzione e consiste in una giunzione che utilizza materiali diversi su entrambi i lati della giunzione. Invece del file giunzione p-n , viene utilizzata una giunzione metallo-semiconduttore (barriera Schottky a polarizzazione inversa), dove la semplicità delle barriere Schottky consente alla fabbricazione di chiudere tolleranze geometriche.
I materiali più comuni hanno utilizzato l'arseniuro di gallio di alluminio (AlGaAs) e l'arseniuro di gallio (GaAs). L'arseniuro di gallio viene generalmente utilizzato perché fornisce un alto livello di mobilità elettronica di base che ha mobilità e velocità di deriva del vettore più elevate rispetto al Si.
Sezione trasversale schematica di un HEMT
La fabbricazione di un HEMT come segue procedura, prima uno strato intrinseco di gallio arseniuro viene deposto sullo strato semi-isolante di gallio arseniuro. Questo è solo circa 1 micron di spessore. Successivamente, uno strato molto sottile tra 30 e 60 Angstrom di arseniuro di gallio di alluminio intrinseco viene depositato sopra questo strato. Lo scopo principale di questo strato è garantire la separazione dell'interfaccia etero-giunzione dalla regione dell'arseniuro di gallio di alluminio drogato.
Questo è molto critico se si vuole ottenere l'elevata mobilità degli elettroni. Lo strato drogato di arseniuro di gallio di alluminio dello spessore di circa 500 Angstrom è posto al di sopra di questo come mostrato negli schemi seguenti. È richiesto lo spessore esatto di questo strato e tecniche speciali per il controllo dello spessore di questo strato.
Ci sono due strutture principali che sono la struttura impiantata ionica autoallineata e la struttura recess gate. Nella struttura impiantata con ioni autoallineati, Gate, Drain e Source sono posizionati e sono generalmente contatti metallici, sebbene i contatti di source e drain a volte possano essere realizzati in germanio. Il gate è generalmente realizzato in titanio e forma una minuscola giunzione polarizzata inversa simile a quella del GaAs-FET.
Per la struttura di gate recesso, un altro strato di arseniuro di gallio di tipo n è disposto per consentire la realizzazione dei contatti di drain e source. Le aree sono incise come mostrato nel diagramma sottostante.
Anche lo spessore sotto il gate è molto critico poiché la tensione di soglia del FET è determinata solo dallo spessore. La dimensione del cancello, e quindi il canale, è molto piccola. Per mantenere una prestazione ad alta frequenza, la dimensione del gate dovrebbe essere tipicamente di 0,25 micron o inferiore.
Diagrammi trasversali che confrontano le strutture di un HEMT AlGaAs o GaAs e di un GaAs
Operazione HEMT
Il funzionamento dell'HEMT è leggermente diverso dagli altri tipi di FET e, di conseguenza, è in grado di fornire prestazioni notevolmente migliorate rispetto alla giunzione standard o MOS FET , e in particolare nelle applicazioni RF a microonde. Gli elettroni della regione di tipo n si muovono attraverso il reticolo cristallino e molti rimangono vicini alla giunzione eterosessuale. Questi elettroni in uno strato che è spesso solo uno strato, formando come un gas elettronico bidimensionale mostrato nella figura sopra (a).
All'interno di questa regione, gli elettroni sono in grado di muoversi liberamente, perché non ci sono altri elettroni donatori o altri elementi con cui gli elettroni entreranno in collisione e la mobilità degli elettroni nel gas è molto alta. La tensione di polarizzazione applicata al gate formato come un diodo a barriera Schottky viene utilizzata per modulare il numero di elettroni nel canale formato dal gas di elettroni 2D e consecutivamente questo controlla la conduttività del dispositivo. La larghezza del canale può essere modificata dalla tensione di polarizzazione del gate.
Applicazioni di HEMT
- L'HEMT era stato precedentemente sviluppato per applicazioni ad alta velocità. A causa delle loro prestazioni a basso rumore, sono ampiamente utilizzati in piccoli amplificatori di segnale, amplificatori di potenza, oscillatori e mixer operanti a frequenze fino a 60 GHz.
- I dispositivi HEMT sono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni di progettazione RF tra cui telecomunicazioni cellulari, ricevitori di trasmissione diretta - DBS, radioastronomia, RADAR (Radio Detection and Ranging System) e principalmente utilizzato in qualsiasi applicazione di progettazione RF che richiede prestazioni a basso rumore e operazioni ad altissima frequenza.
- Al giorno d'oggi gli HEMT sono più comunemente incorporati in circuiti integrati . Questi chip monolitici a circuito integrato a microonde (MMIC) sono ampiamente utilizzati per applicazioni di progettazione RF
Un ulteriore sviluppo dell'HEMT è il PHEMT (Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor). I PHEMT sono ampiamente utilizzati nelle comunicazioni wireless e nelle applicazioni LNA (Low Noise Amplifier). Offrono efficienze ad alta potenza aggiunta e prestazioni e valori di rumorosità eccellenti.
Quindi, questo è tutto Transistor ad alta mobilità elettronica (HEMT) costruzione, suo funzionamento e applicazioni. Se hai domande su questo argomento o sui progetti elettrici ed elettronici lascia i commenti qui sotto.
