Oktatóanyag a nagy elektronmobilitású tranzisztorról (HEMT)

A HEMT vagy nagy elektronmobilitású tranzisztor a terepi tranzisztor (FET) típusa , amelyet az alacsony zajszint és a mikrohullámú frekvenciák nagyon magas teljesítményének kombinációjára kínálnak. Ez fontos eszköz nagy sebességű, nagy frekvenciájú, digitális áramkörök és mikrohullámú áramkörök számára alacsony zajszintű alkalmazások esetén. Ezek az alkalmazások magukban foglalják a számítástechnikát, a telekommunikációt és a műszereket. Az eszközt RF tervezésben is használják, ahol nagy teljesítményre van szükség nagyon magas RF frekvenciákon.

Nagy elektronmobilitású tranzisztor (HEMT) felépítése

A HEMT felépítéséhez használt kulcselem a speciális PN csomópont. Hetero-kereszteződésnek nevezik, és olyan elágazásból áll, amely a csomópont mindkét oldalán különböző anyagokat használ. A helyett p-n kereszteződés , egy fém-félvezető csomópontot (fordított előfeszítésű Schottky-akadályt) alkalmaznak, ahol a Schottky-korlátok egyszerűsége lehetővé teszi a gyártást a geometriai tűrések lezárására.

A leggyakrabban használt anyagok alumínium-gallium-arzenid (AlGaAs) és gallium-arsenid (GaAs). A gallium-arzenidet általában azért használják, mert magas szintű elektronmobilitást biztosít, amelynek mobilitása és hordozói sodródási sebessége nagyobb, mint a Si-ben.

A HEMT vázlatos keresztmetszete

A HEMT gyártása a következő eljárás szerint először a gallium-arzén belső rétegét helyezik a félig szigetelő gallium-arsenid rétegre. Ez csak körülbelül 1 mikron vastag. Ezt követően ennek a rétegnek a tetején egy nagyon vékony réteget helyezünk el 30–60 angström belső alumínium-gallium-arzén között. Ennek a rétegnek a fő célja annak biztosítása, hogy a Hetero-junction interfész el legyen választva az adalékolt alumínium-gallium-arzén régiótól.

Ez nagyon kritikus a nagy elektronmobilitás eléréséhez. Körülbelül 500 angström vastagságú alumínium-gallium-arzén adalékolt rétegét helyezzük e fölé, amint azt az alábbi diagramok mutatják. Ennek a rétegnek a pontos vastagságára van szükség, és speciális technikákra van szükség a réteg vastagságának szabályozásához.

Két fő szerkezet létezik, amelyek az önbeálló ion beültetett szerkezet és a mélyedéses kapu szerkezete. Önbeálló ion beültetett struktúrában a kapu, a lefolyó és a forrás be vannak állítva, és általában fém érintkezők, bár a forrás és a lefolyó érintkezők néha germániumból készülhetnek. A kapu általában titánból készül, és a GaAs-FETéhez hasonló percenkénti fordított előfeszített csomópontot képez.

A süllyesztett kapu szerkezetéhez egy másik n-típusú Gallium Arsenide réteg van lefektetve, hogy lehetővé tegye a lefolyó és a forrás érintkezését. A területeket az alábbi ábra mutatja.

A kapu alatti vastagság szintén nagyon kritikus, mivel a FET küszöbfeszültségét csak a vastagság határozza meg. A kapu mérete, ezért a csatorna nagyon kicsi. A nagyfrekvenciás teljesítmény fenntartása érdekében a kapu méretének általában 0,25 mikronnak vagy kevesebbnek kell lennie.

Keresztmetszeti diagramok egy AlGaAs vagy GaAs HEMT és egy GaAs szerkezetének összehasonlításához

HEMT működés

A HEMT működése kissé eltér a FET más típusaitól, és ennek eredményeként nagyon jó teljesítményt képes nyújtani a szokásos csomópontnál, ill. MOS FET-ek és különösen mikrohullámú rádiófrekvenciás alkalmazásokban. Az n típusú régió elektronjai átmennek a kristályrácson, és sokan a Hetero-csomópont közelében maradnak. Ezek az elektronok csak egy réteg vastagságú rétegben, kétdimenziós elektrongázként képződve a fenti (a) ábrán.

Ezen a régión belül az elektronok képesek szabadon mozogni, mert nincsenek más donor elektronok vagy egyéb elemek, amelyekkel az elektronok ütköznének, és a gázban lévő elektronok mobilitása nagyon magas. A Schottky-záródiódaként kialakított kapun alkalmazott előfeszültséget arra használjuk, hogy moduláljuk a 2 D-os elektrongázból képződött csatorna elektronjainak számát, és ezáltal ez szabályozza a készülék vezetőképességét. A csatorna szélessége a kapu előfeszültségével változtatható.

A HEMT alkalmazásai

• A HEMT-t korábban nagysebességű alkalmazásokhoz fejlesztették ki. Alacsony zajszintjük miatt széles körben használják őket 60 GHz-ig terjedő frekvencián működő kis jelerősítőkben, teljesítményerősítőkben, oszcillátorokban és keverőkben.
• A HEMT eszközöket az RF tervezési alkalmazások széles körében használják, ideértve a cellás távközlést, a közvetlen sugárzott vevőket - DBS, a rádiócsillagászatot, RADAR (rádióérzékelő és távolságmérő rendszer) és főleg minden olyan RF tervezési alkalmazásban használják, amely alacsony zajszintű és nagyon magas frekvenciájú műveleteket igényel.
• Manapság a HEMT-k általában beépülnek integrált áramkörök . Ezeket a monolit mikrohullámú integrált áramköri chipeket (MMIC) széles körben használják RF tervezési alkalmazásokhoz

A HEMT továbbfejlesztése a PHEMT (pszeudomorf nagy elektron-mobilitású tranzisztor). A PHEMT-eket széles körben használják vezeték nélküli kommunikációs és LNA (Low Noise Amplifier) ​​alkalmazásokban. Nagy hozzáadott teljesítményű hatékonyságot, kiváló zajszintet és teljesítményt nyújtanak.

Így erről van szó Nagy elektronmobilitású tranzisztor (HEMT) felépítése, működése és alkalmazásai. Ha bármilyen kérdése van ezzel a témával vagy az elektromos és elektronikus projektekkel kapcsolatban, hagyja meg az alábbi megjegyzéseket.