Tutorial Mengenai Transistor Mobiliti Elektron Tinggi (HEMT)

Transistor Mobiliti Elektron HEMT atau Tinggi adalah a jenis transistor kesan medan (FET) , yang digunakan untuk menawarkan kombinasi angka kebisingan rendah dan tahap prestasi yang sangat tinggi pada frekuensi gelombang mikro. Ini adalah peranti penting untuk litar berkelajuan tinggi, frekuensi tinggi, litar digital dan gelombang mikro dengan aplikasi bunyi rendah. Aplikasi ini merangkumi pengkomputeran, telekomunikasi, dan instrumentasi. Dan peranti ini juga digunakan dalam reka bentuk RF, di mana prestasi tinggi diperlukan pada frekuensi RF yang sangat tinggi.

Pembinaan Transistor Mobiliti Elektron Tinggi (HEMT)

Elemen utama yang digunakan untuk membina HEMT adalah persimpangan PN khusus. Ia dikenali sebagai persimpangan hetero dan terdiri daripada persimpangan yang menggunakan bahan yang berbeza di kedua-dua sisi persimpangan. Bukannya persimpangan p-n , persimpangan semikonduktor logam (penghalang Schottky yang bias terbalik) digunakan, di mana kesederhanaan penghalang Schottky membolehkan fabrikasi menutup toleransi geometri.

Bahan yang paling biasa digunakan adalah Aluminium Gallium Arsenide (AlGaAs) dan Gallium Arsenide (GaAs). Gallium Arsenide umumnya digunakan kerana memberikan tahap pergerakan elektron asas yang tinggi yang mempunyai mobiliti yang lebih tinggi dan halaju drift pembawa daripada Si.

Keratan rentas skematik HEMT

Pembuatan HEMT sebagai prosedur berikut, pertama lapisan intrinsik Gallium Arsenide diletakkan pada lapisan Gallium Arsenide semi-penebat. Tebal ini hanya sekitar 1 mikron. Selepas itu, lapisan yang sangat nipis antara 30 dan 60 Angstrom Aluminium Gallium Arsenide intrinsik diletakkan di atas lapisan ini. Tujuan utama lapisan ini adalah untuk memastikan pemisahan antara muka Hetero-persimpangan dari wilayah Aluminium Gallium Arsenide yang dicabut.

Ini sangat kritikal sekiranya mobiliti elektron yang tinggi dapat dicapai. Lapisan doped Aluminium Gallium Arsenide setebal 500 Angstrom diletakkan di atas ini seperti yang ditunjukkan dalam rajah di bawah. Ketebalan lapisan ini betul-betul diperlukan dan teknik khas diperlukan untuk kawalan ketebalan lapisan ini.

Terdapat dua struktur utama iaitu struktur implan ion selaras diri dan struktur pintu masuk. Dalam struktur implan ion selaras diri, Gerbang, Saliran dan Sumber diturunkan dan mereka biasanya merupakan kontak logam, walaupun sumber dan kenalan saliran kadang-kadang dibuat dari germanium. Pintu gerbang umumnya terbuat dari titanium, dan ia membentuk persimpangan terbalik satu minit yang serupa dengan GaAs-FET.

Untuk struktur pintu masuk, lapisan lain Gallium Arsenide jenis-n dipasang untuk membolehkan saliran dan kenalan sumber dibuat. Kawasan terukir seperti rajah di bawah.

Ketebalan di bawah gerbang juga sangat kritikal kerana voltan ambang FET hanya ditentukan oleh ketebalan. Ukuran gerbang, dan karenanya salurannya sangat kecil. Untuk mengekalkan prestasi frekuensi tinggi, ukuran pintu biasanya 0.25 mikron atau kurang.

Diagram Keratan Lintang yang Membandingkan Struktur AlGaAs atau GaAs HEMT dan GaAs

Operasi HEMT

Pengoperasian HEMT sedikit berbeza dengan jenis FET yang lain dan sebagai hasilnya, ia dapat memberikan prestasi yang sangat baik berbanding persimpangan standard atau FOS MOS , dan khususnya dalam aplikasi gelombang mikro RF. Elektron dari rantau jenis-n bergerak melalui kisi kristal dan banyak yang berada berdekatan dengan persimpangan Hetero. Elektron-elektron ini dalam lapisan yang hanya tebal satu lapisan, terbentuk sebagai gas elektron dua dimensi yang ditunjukkan pada rajah di atas (a).

Di wilayah ini, elektron dapat bergerak dengan bebas, kerana tidak ada elektron penderma atau barang lain yang elektron akan bertabrakan dan pergerakan elektron dalam gas sangat tinggi. Voltan bias yang digunakan pada pintu yang terbentuk sebagai diod penghalang Schottky digunakan untuk memodulasi bilangan elektron dalam saluran yang terbentuk dari gas elektron 2 D dan secara berturut-turut ini mengawal kekonduksian peranti. Lebar saluran boleh diubah oleh voltan bias gerbang.

Aplikasi HEMT

• HEMT sebelumnya dikembangkan untuk aplikasi berkelajuan tinggi. Kerana prestasi kebisingan rendah, mereka banyak digunakan dalam penguat isyarat kecil, penguat kuasa, pengayun dan pengadun yang beroperasi pada frekuensi hingga 60 GHz.
• Peranti HEMT digunakan dalam berbagai aplikasi reka bentuk RF termasuk telekomunikasi selular, penerima siaran langsung - DBS, astronomi radio, RADAR (Sistem Pengesanan dan Jangkauan Radio) dan digunakan terutamanya dalam mana-mana aplikasi reka bentuk RF yang memerlukan prestasi bunyi rendah dan operasi frekuensi tinggi.
• Pada masa ini HEMT biasanya dimasukkan ke dalam litar bersepadu . Cip Litar Bersepadu Gelombang Mikro Monolitik ini (MMIC) banyak digunakan untuk aplikasi reka bentuk RF

Perkembangan selanjutnya dari HEMT adalah PHEMT (Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor). PHEMT digunakan secara meluas dalam aplikasi komunikasi tanpa wayar dan aplikasi LNA (Low Noise Amplifier). Mereka menawarkan kecekapan tambahan kuasa tinggi dan angka dan prestasi bunyi rendah yang sangat baik.

Oleh itu, ini semua berkaitan Transistor Mobiliti Elektron Tinggi (HEMT) pembinaan, operasi dan aplikasinya. Sekiranya anda mempunyai pertanyaan mengenai topik ini atau projek elektrik dan elektronik, tinggalkan komen di bawah.