HEMT hoặc bóng bán dẫn di động điện tử cao là một loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET) , được sử dụng để cung cấp sự kết hợp giữa con số tiếng ồn thấp và mức hiệu suất rất cao ở tần số vi sóng. Đây là một thiết bị quan trọng cho các ứng dụng tốc độ cao, tần số cao, mạch kỹ thuật số và vi sóng với các ứng dụng tiếng ồn thấp. Các ứng dụng này bao gồm máy tính, viễn thông và thiết bị đo đạc. Và thiết bị cũng được sử dụng trong thiết kế RF, nơi yêu cầu hiệu suất cao ở tần số RF rất cao.
Cấu tạo bóng bán dẫn di động điện tử cao (HEMT)
Yếu tố chính được sử dụng để xây dựng một HEMT là mối nối PN chuyên dụng. Nó được gọi là một điểm giao nhau và bao gồm một đường giao nhau sử dụng các vật liệu khác nhau ở hai bên của đường giao nhau. Thay cho ngã ba p-n , một điểm tiếp giáp kim loại-bán dẫn (rào cản Schottky phân cực ngược) được sử dụng, nơi mà sự đơn giản của rào cản Schottky cho phép chế tạo để thu hẹp dung sai hình học.
Các vật liệu phổ biến nhất được sử dụng Nhôm Gali Arsenide (AlGaAs) và Gali Arsenide (GaAs). Gali Arsenide thường được sử dụng vì nó cung cấp mức độ linh động điện tử cơ bản cao, có tính di động và vận tốc trôi hạt tải điện cao hơn Si.
Sơ đồ mặt cắt của một HEMT
Quá trình sản xuất HEMT theo quy trình sau, đầu tiên một lớp Gali Arsenide nội tại được đặt trên lớp Gallium Arsenide bán cách điện. Đây chỉ dày khoảng 1micron. Sau đó, một lớp rất mỏng từ 30 đến 60 Angstrom của nhôm Gali Arsenide nội tại được đặt xuống trên cùng của lớp này. Mục đích chính của lớp này là để đảm bảo sự tách biệt của giao diện tiếp giáp Dị bản khỏi vùng nhôm Gali Arsenide pha tạp chất.
Điều này rất quan trọng nếu muốn đạt được độ linh động điện tử cao. Lớp pha tạp của nhôm Gali Arsenide dày khoảng 500 Angstrom được đặt xuống phía trên lớp này như thể hiện trong sơ đồ bên dưới. Cần có độ dày chính xác của lớp này và cần có các kỹ thuật đặc biệt để kiểm soát độ dày của lớp này.
Có hai cấu trúc chính là cấu trúc cấy ion tự liên kết và cấu trúc cổng lõm. Trong cấu trúc cấy ghép ion tự căn chỉnh, Cổng, Ống thoát và Nguồn được đặt xuống và chúng thường là các tiếp điểm kim loại, mặc dù các tiếp điểm nguồn và xả đôi khi có thể được làm từ germani. Cổng thường được làm bằng titan, và nó tạo thành một điểm tiếp giáp phân cực ngược phút tương tự như của GaAs-FET.
Đối với cấu trúc cổng lõm, một lớp Gali Arsenide loại n khác được đặt xuống để cho phép thực hiện các tiếp điểm nguồn và cống. Các khu vực được khắc như thể hiện trong sơ đồ bên dưới.
Độ dày dưới cổng cũng rất quan trọng vì điện áp ngưỡng của FET chỉ được xác định bởi độ dày. Kích thước của cổng và do đó kênh rất nhỏ. Để duy trì hiệu suất tần số cao, kích thước của cổng thường phải là 0,25 micron hoặc nhỏ hơn.
Sơ đồ mặt cắt so sánh cấu trúc của một AlGaAs hoặc GaAs HEMT và một GaAs
Hoạt động HEMT
Hoạt động của HEMT hơi khác so với các loại FET khác và do đó, nó có thể cung cấp hiệu suất nâng cao hơn rất nhiều so với đường giao nhau tiêu chuẩn hoặc MOS FET , và đặc biệt là trong các ứng dụng RF vi sóng. Các electron từ vùng loại n di chuyển qua mạng tinh thể và nhiều electron vẫn ở gần điểm nối Hetero. Các electron này trong một lớp chỉ dày một lớp, tạo thành khí electron hai chiều như trong hình trên (a).
Trong vùng này, các điện tử có thể chuyển động tự do, vì không có các điện tử tài trợ khác hoặc các vật thể khác mà các điện tử sẽ va chạm với nhau và tính linh động của các điện tử trong chất khí là rất cao. Điện áp phân cực áp dụng cho cổng được hình thành như một diode rào Schottky được sử dụng để điều chỉnh số lượng điện tử trong kênh được hình thành từ khí điện tử 2 D và liên tiếp điều này kiểm soát độ dẫn điện của thiết bị. Chiều rộng của kênh có thể được thay đổi bởi điện áp phân cực cổng.
Các ứng dụng của HEMT
- HEMT trước đây được phát triển cho các ứng dụng tốc độ cao. Do hiệu suất nhiễu thấp, chúng được sử dụng rộng rãi trong các bộ khuếch đại tín hiệu nhỏ, bộ khuếch đại công suất, bộ dao động và bộ trộn hoạt động ở tần số lên đến 60 GHz.
- Thiết bị HEMT được sử dụng trong một loạt các ứng dụng thiết kế RF bao gồm viễn thông di động, máy thu phát sóng trực tiếp - DBS, thiên văn học vô tuyến, RADAR (Hệ thống phát hiện và đo sóng vô tuyến) và chủ yếu được sử dụng trong bất kỳ ứng dụng thiết kế RF nào yêu cầu cả hiệu suất tiếng ồn thấp và các hoạt động tần số rất cao.
- Ngày nay, HEMT thường được tích hợp vào mạch tích hợp . Các chip vi mạch tích hợp vi sóng nguyên khối (MMIC) này được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng thiết kế RF
Một bước phát triển khác của HEMT là PHEMT (Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor). PHEMT được sử dụng rộng rãi trong truyền thông không dây và các ứng dụng LNA (Bộ khuếch đại tiếng ồn thấp). Chúng cung cấp hiệu suất bổ sung công suất cao, số liệu và hiệu suất tiếng ồn thấp tuyệt vời.
Vì vậy, đây là tất cả về Transistor di động điện tử cao (HEMT) cấu tạo, hoạt động và ứng dụng của nó. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào về chủ đề này hoặc về các dự án điện và điện tử, hãy để lại bình luận bên dưới.
