El transistor HEMT o High Electron Mobility Transistor és un tipus de transistor d'efecte de camp (FET) , que s'utilitza per oferir una combinació de xifres de baix soroll i nivells de rendiment molt alts a les freqüències de microones. Es tracta d’un dispositiu important per a circuits digitals d’alta velocitat, alta freqüència i circuits de microones amb aplicacions de baix soroll. Aquestes aplicacions inclouen la informàtica, les telecomunicacions i la instrumentació. I el dispositiu també s’utilitza en el disseny de RF, on es requereix un alt rendiment a freqüències de RF molt altes.
Construcció d'un transistor d'alta mobilitat electrònica (HEMT)
L’element clau que s’utilitza per construir un HEMT és la unió PN especialitzada. Es coneix com a hetero-unió i consisteix en una unió que utilitza diferents materials a banda i banda de la unió. En lloc de unió p-n , s'utilitza una unió metall-semiconductor (barrera Schottky esbiaixada inversament), on la simplicitat de les barreres Schottky permet la fabricació per tancar toleràncies geomètriques.
Els materials més comuns van utilitzar l’arsenur d’alumini de gal (AlGaAs) i l’arsenur de gal (GaAs). L’arseniur de gal·li s’utilitza generalment perquè proporciona un alt nivell de mobilitat bàsica d’electrons que té mobilitats i velocitats de deriva de la portadora més altes que el Si.
Secció transversal esquemàtica d’un HEMT
El procediment següent és la fabricació d’un HEMT, primer es posa una capa intrínseca d’arsenur de gal·li sobre la capa d’arsenur de gal·li semi-aïllant. Això només té aproximadament 1 micron de gruix. Després, una capa molt fina entre 30 i 60 angstroms d’arsenur d’alumini intrínsec d’alumini es posa a sobre d’aquesta capa. L’objectiu principal d’aquesta capa és assegurar la separació de la interfície hetero-unió de la regió d’arsenur d’alumini de gal·li dopat.
Això és molt crític si es vol aconseguir una elevada mobilitat electrònica. La capa dopada d’arsenur d’alumini de gal·li d’uns 500 angstroms de gruix es troba per sobre d’ella, tal com es mostra als diagrames següents. Es requereix el gruix exacte d’aquesta capa i es requereixen tècniques especials per controlar el gruix d’aquesta capa.
Hi ha dues estructures principals que són l’estructura implantada iònicament auto-alineada i l’estructura de la porta de recés. En l'estructura implantada iònicament auto-alineada, la porta, el drenatge i la font es troben establerts i generalment són contactes metàl·lics, tot i que els contactes d'origen i drenatge de vegades poden estar fets de germani. La porta generalment està feta de titani i forma una cruïlla polaritzada inversa, similar a la del GaAs-FET.
Per a l'estructura de la porta de recés, s'estableix una altra capa d'arsenur de gal de tipus n per permetre la realització de contactes de drenatge i font. Les zones es graven com es mostra al diagrama següent.
El gruix sota la porta també és molt crític, ja que el voltatge llindar del FET està determinat només pel gruix. La mida de la porta i, per tant, el canal és molt petita. Per mantenir un rendiment d'alta freqüència, la mida de la porta hauria de ser normalment de 0,25 micres o menys.
Diagrames transversals de comparació d’estructures d’un HEMT d’AlGaAs o GaAs i d’un GaAs
Operació HEMT
El funcionament del HEMT és una mica diferent a altres tipus de FET i, com a resultat, és capaç de proporcionar un rendiment molt millorat sobre la unió estàndard o MOS FETs , i en particular en aplicacions de RF de microones. Els electrons de la regió del tipus n es mouen a través de la xarxa cristal·lina i molts queden a prop de la heteroconnexió. Aquests electrons en una capa que només té una capa de gruix, formant-se com un gas electrònic bidimensional que es mostra a la figura anterior (a).
Dins d’aquesta regió, els electrons es poden moure lliurement, ja que no hi ha altres electrons donants ni altres elements amb els quals xocin els electrons i la mobilitat dels electrons al gas és molt elevada. La tensió de biaix aplicada a la porta formada com a díode de barrera de Schottky s’utilitza per modular el nombre d’electrons del canal format a partir del gas electrònic 2 D i, de manera consecutiva, aquesta controla la conductivitat del dispositiu. L'amplada del canal es pot canviar pel voltatge de polarització de la porta.
Aplicacions de HEMT
- El HEMT es va desenvolupar anteriorment per a aplicacions d'alta velocitat. A causa del seu baix nivell de soroll, s’utilitzen àmpliament en petits amplificadors de senyal, amplificadors de potència, oscil·ladors i mescladors que funcionen a freqüències de fins a 60 GHz.
- Els dispositius HEMT s’utilitzen en una àmplia gamma d’aplicacions de disseny de RF, incloses les telecomunicacions mòbils, els receptors de transmissió directa - DBS, radioastronomia, RADAR (sistema de detecció i rang de ràdio) i s'utilitza principalment en qualsevol aplicació de disseny de RF que requereixi un rendiment baix de soroll i operacions de molt alta freqüència.
- Actualment s’incorporen més habitualment els HEMT circuits integrats . Aquests xips de circuit integrat de microones monolítics (MMIC) s’utilitzen àmpliament per a aplicacions de disseny de RF
Un altre desenvolupament del HEMT és el PHEMT (transistor pseudomorf d’alta mobilitat d’electrons). Els PHEMT s’utilitzen àmpliament en aplicacions de comunicacions sense fils i LNA (Low Noise Amplifier). Ofereixen una eficiència de gran potència afegida i unes excel·lents xifres i un rendiment baix.
Per tant, tot això es tracta Transistor d'alta mobilitat electrònica (HEMT), el seu funcionament i aplicacions. Si teniu cap pregunta sobre aquest tema o sobre projectes elèctrics i electrònics, deixeu els comentaris a continuació.
