Razno

HEMT, tranzistor visoke elektronske pokretljivosti

HEMT, tranzistor visoke elektronske pokretljivosti

Naziv HEMT označava tranzistor visoke pokretljivosti elektrona. Uređaj je oblik tranzistora s poljskim efektom, FET, koji koristi neobično pravilno vrlo uski kanal koji mu omogućava rad na izuzetno visokim frekvencijama.

Uz vrlo visoke frekvencijske performanse, HEMT nudi i vrlo atraktivne performanse s malim šumom.

U osnovi je uređaj tranzistor s poljskim efektom koji uključuje spoj između dvaju materijala s različitim razmacima u pojasu (tj. Heterojunkciju) kao kanal umjesto dopiranog područja koje se koristi u standardnom MOSFET-u.

Kao rezultat svoje strukture, HEMT se u nekim prilikama može nazivati ​​i heterojukcijskim FET-om, HFET-om ili moduliranim FET-om, MODFET-om.

Razvoj HEMT-a

Iako je HEMT u osnovi oblik tranzistora s efektom polja, koristi neobičan način kretanja elektrona.

Ovaj način prijevoza nosačima prvi je put istražen 1969. godine, ali tek su 1980. godine prvi eksperimentalni uređaji bili dostupni za istraživanje i početnu uporabu.

Tijekom 1980-ih počeli su se koristiti, ali s obzirom na njihove početne vrlo visoke troškove njihova je uporaba bila vrlo ograničena.

Sada se s nešto manjim troškovima šire koriste, čak pronalaze upotrebu u mobilnim telekomunikacijama, kao i raznim vezama mikrovalnih radio komunikacija, te mnogim drugim aplikacijama za RF dizajn.

HEMT struktura i izrada

Ključni element unutar HEMT-a je specijalizirani PN spoj koji koristi. Poznat je kao hetero-spoj i sastoji se od spoja koji koristi različite materijale s obje strane spoja. Najčešći materijali korišteni su aluminijski galijev arsenid (AlGaAs) i galijev arsenid (GaAs).

Galijev arsenid se općenito koristi jer pruža visoku razinu osnovne pokretljivosti elektrona koja je presudna za rad uređaja. Silicij se ne koristi jer ima znatno nižu razinu pokretljivosti elektrona.

Postoji niz različitih struktura koje se mogu koristiti unutar HEMT-a, ali sve koriste u osnovi iste proizvodne procese.

Pri proizvodnji HEMT-a, najprije se na sloj poluizolirajućeg galij-arsenida postavlja vlastiti sloj galijevog arsenida. Ovo je debelo samo oko jednog mikrona.

Slijedi vrlo tanki sloj (između 30 i 60 angstrema) vlastitog aluminijevog galijevog arsenida. Njegova je svrha osigurati odvajanje sučelja hetero-spoja od dopiranog područja aluminij-galij-arsenida. To je presudno ako se želi postići velika elektronska pokretljivost.

Iznad toga postavljen je dopirani sloj aluminij-galij-arsenida oko 500 Angstrema. Potrebna je precizna kontrola debljine ovog sloja i potrebne su posebne tehnike za kontrolu toga.

Dvije su glavne strukture koje se koriste. To su samousklađena ionsko ugrađena struktura i struktura udubljenja. U slučaju samokoncentrirane ionske implantirane strukture, vrata, odvod i izvor su postavljeni i uglavnom su metalni kontakti, iako su izvori i odvodi ponekad mogu biti izrađeni od germanija. Vrata su općenito izrađena od titana i čine minutno obrnuto pristrani spoj sličan onome GaAsFET-a.

Za strukturu utora za udubljenje postavljen je još jedan sloj galij-arsenida n-tipa kako bi se omogućilo uspostavljanje odvodnih i izvora izvora. Područja su urezana kako je prikazano na dijagramu. Debljina ispod vrata je također vrlo kritična jer se time određuje prag napona FET-a. Veličina vrata, a time je i kanal vrlo je mala. Tipična vrata su samo 0,25 mikrona ili manje, što omogućuje uređaju vrlo dobre performanse visoke frekvencije.

HEMT rad

Djelovanje HEMT-a donekle se razlikuje od ostalih vrsta FET-a.

Elektroni iz područja n-tipa kreću se kroz kristalnu rešetku i mnogi ostaju blizu hetero-spoja. Ti elektroni tvore sloj debeo samo jedan elektron koji tvori ono što je poznato kao dvodimenzionalni elektronski plin. Unutar ove regije elektroni se mogu slobodno kretati, jer nema drugih elektrona davatelja ili drugih predmeta s kojima će se elektroni sudariti, a pokretljivost elektrona u plinu je vrlo velika.

Predrasuda primijenjena na vrata formirana kao Schottkyjeva barijerna dioda koristi se za moduliranje broja elektrona u kanalu formiranom od 2D elektronskog plina i to zauzvrat kontrolira vodljivost uređaja. To se može usporediti s tradicionalnijim vrstama FET-a gdje se širina kanala mijenja pristranošću vrata.

Nekoliko je prednosti korištenja HEMT uređaja:

  • Veliki dobitak: HEMT-ovi imaju veliko pojačanje na mikrovalnim frekvencijama, jer su nositelji naboja gotovo isključivo većinski nosači, a manjinski nosači nisu značajno uključeni.
  • Niska razina buke: HEMT-ovi pružaju vrlo nizak rad buke jer su trenutne razlike u uređajima male u usporedbi s drugim uređajima s poljskim učinkom.

Prijave

HEMT je izvorno razvijen za velike brzine. Tek kad su proizvedeni prvi uređaji, otkriveno je da pokazuju vrlo nisku razinu buke. To je povezano s prirodom dvodimenzionalnog elektronskog plina i činjenicom da je manje sudara elektrona.

Kao rezultat svojih performansi buke naširoko se koriste u pojačivačima malih signala s malim bukom, pojačalima snage, oscilatorima i mješalicama koji rade na frekvencijama do 60 GHz i više, a očekuje se da će u konačnici uređaji biti široko dostupni za frekvencije do oko 100 GHz. Zapravo se HEMT uređaji koriste u širokom spektru aplikacija za RF dizajn, uključujući stanične telekomunikacije, izravne radio prijemnike - DBS, radar, radio astronomiju i bilo koju aplikaciju za RF dizajn koja zahtijeva kombinaciju niske buke i vrlo visokih frekvencija

HEMT-ove proizvode mnogi proizvođači poluvodičkih uređaja širom svijeta. Mogu biti u obliku diskretnih tranzistora, ali danas su češće ugrađeni u integrirane sklopove. Ovi monolitni mikrovalni čipovi s integriranim krugom ili MMIC-ovi široko se koriste za RF dizajnerske aplikacije, a MMIC-ovi temeljeni na HEMT-u široko se koriste za pružanje potrebne razine performansi u mnogim područjima.

Ostali uređaji temeljeni na HEMT-u

Postoji niz inačica osnovnog HEMT uređaja. Ovi drugi uređaji pružaju dodatne performanse u nekim područjima.

  • pHEMT: PHEMTs je dobio svoje ime jer je to pseudomorfni tranzistor s visokom elektronskom pokretljivošću. Ovi se uređaji intenzivno koriste u bežičnim komunikacijama i LNA aplikacijama.

    Tranzistori PHEMT nude visoku učinkovitost dodane snage u kombinaciji s izvrsnim ciframa i performansama s malim bukom. Kao rezultat toga, PHEMT se široko koriste u satelitskim komunikacijskim sustavima svih oblika, uključujući izravnu satelitsku televiziju, DBS-TV, gdje se koriste u kutijama s niskim nivoom šuma, LNB-ima koji se koriste sa satelitskim antenama. Također se koriste u općim satelitskim komunikacijskim sustavima, kao i u radarskim i mikrovalnim radio komunikacijskim sustavima. PHEMT tehnologija također se koristi u analognim i digitalnim IC tehnologijama velikih brzina gdje je potrebna izuzetno velika brzina.

  • mHEMT: MHEMT ili metamorfni HEMT daljnji je razvoj pHEMT-a. Puferski sloj izrađen je od AlInAs, s koncentriranom koncentracijom indija tako da može odgovarati konstanti rešetke i GaAs podloge i GaInAs kanala. To donosi prednost što se praktički može koristiti bilo koja koncentracija indija u kanalu, tako da se uređaji mogu optimizirati za različite primjene. Otkriveno je da niska koncentracija indija osigurava bolje niske performanse buke, dok visoka koncentracija indija daje više dobitka.

Ove su inačice HEMT-a manje poznate, ali mogu pružiti neke karakteristike potrebne u nekim nišnim primjenama.


Gledaj video: How to Design an RF Power Amplifier: The Basics (Prosinac 2021).