HEMT veya Yüksek Elektron Hareketlilik Transistörü bir alan etkili transistör türü (FET) Bu, mikrodalga frekanslarında düşük gürültü seviyesi ve çok yüksek performans seviyelerinin bir kombinasyonunu sunmak için kullanılır. Bu, yüksek hızlı, yüksek frekanslı, dijital devreler ve düşük gürültülü uygulamalarda mikrodalga devreleri için önemli bir cihazdır. Bu uygulamalar, bilgi işlem, telekomünikasyon ve enstrümantasyonu içerir. Cihaz ayrıca çok yüksek RF frekanslarında yüksek performansın gerekli olduğu RF tasarımında da kullanılmaktadır.
Yüksek Elektron Hareketlilik Transistörü (HEMT) Yapısı
Bir HEMT oluşturmak için kullanılan anahtar unsur, özel PN birleşimidir. Hetero-kavşak olarak bilinir ve bağlantının her iki tarafında farklı malzemeler kullanan bir bağlantı noktasından oluşur. Onun yerine Pn kavşağı Schottky bariyerlerinin basitliğinin fabrikasyonun geometrik toleransları kapatmasına izin verdiği bir metal-yarı iletken bağlantısı (ters taraflı Schottky bariyeri) kullanılır.
En yaygın kullanılan malzemeler Alüminyum Galyum Arsenit (AlGaAs) ve Galyum Arsenit (GaAs). Galyum Arsenit genellikle Si'den daha yüksek hareketlilik ve taşıyıcı sürüklenme hızlarına sahip yüksek düzeyde temel elektron hareketliliği sağladığından kullanılır.
Bir HEMT'nin Şematik Kesiti
Bir HEMT'nin üretimi aşağıdaki prosedürde, ilk önce doğal bir Galyum Arsenit tabakası, yarı yalıtkan Galyum Arsenit tabakası üzerine yerleştirilir. Bu sadece 1 mikron kalınlığındadır. Bundan sonra, 30 ila 60 Angstrom arasında çok ince bir iç Alüminyum Galyum Arsenit tabakası bu tabakanın üstüne yerleştirilir. Bu katmanın temel amacı, Hetero-bağlantı arayüzünün katkılı Alüminyum Galyum Arsenit bölgesinden ayrılmasını sağlamaktır.
Yüksek elektron hareketliliği elde edilecekse bu çok kritiktir. Yaklaşık 500 Angstrom kalınlığında katkılı Alüminyum Galyum Arsenit tabakası, aşağıdaki diyagramlarda gösterildiği gibi bunun üzerine yerleştirilmiştir. Bu tabakanın tam kalınlığı ve bu tabakanın kalınlığının kontrolü için özel teknikler gereklidir.
Kendinden hizalı iyon implante yapısı ve girinti kapısı yapısı olmak üzere iki ana yapı vardır. Kendinden hizalı iyon implante yapıda Geçit, Drenaj ve Kaynak ayarlanır ve bunlar genellikle metalik kontaklardır, ancak kaynak ve drenaj kontakları bazen germanyumdan yapılabilir. Kapı genellikle titanyumdan yapılmıştır ve GaAs-FET'inkine benzer bir dakika ters eğimli bağlantı oluşturur.
Girinti kapısı yapısı için, drenaj ve kaynak kontaklarının yapılmasını sağlamak için başka bir n-tipi Galyum Arsenid tabakası yerleştirilir. Alanlar, aşağıdaki diyagramda gösterildiği gibi oyulmuştur.
FET'in eşik voltajı yalnızca kalınlığa göre belirlendiğinden, kapının altındaki kalınlık da çok kritiktir. Kapının boyutu ve dolayısıyla kanal çok küçüktür. Yüksek frekans performansını korumak için geçidin boyutu tipik olarak 0.25 mikron veya daha az olmalıdır.
Bir AlGaAs veya GaAs HEMT ve bir GaAs'ın Yapılarını Karşılaştıran Kesitsel Diyagramlar
HEMT operasyonu
HEMT'nin çalışması, diğer FET türlerinden biraz farklıdır ve sonuç olarak, standart bağlantı noktasında çok daha gelişmiş bir performans verebilir veya MOS FET'leri ve özellikle mikrodalga RF uygulamalarında. N-tipi bölgeden gelen elektronlar kristal kafes boyunca hareket eder ve çoğu Hetero-bağlantısına yakın kalır. Yukarıdaki şekil (a) 'da gösterilen iki boyutlu bir elektron gazı oluşturan, yalnızca bir katman kalınlığındaki bir katmandaki bu elektronlar.
Bu bölge içerisinde elektronlar serbestçe hareket edebilmektedir, çünkü elektronların çarpışacağı başka donör elektronlar veya başka öğeler yoktur ve gazdaki elektronların hareketliliği çok yüksektir. Schottky bariyer diyotu olarak oluşturulan kapıya uygulanan ön gerilim, 2 D elektron gazından oluşturulan kanaldaki elektronların sayısını modüle etmek için kullanılır ve bu, ardışık olarak cihazın iletkenliğini kontrol eder. Kanalın genişliği, geçit öngerilim voltajı ile değiştirilebilir.
HEMT uygulamaları
- HEMT daha önce yüksek hızlı uygulamalar için geliştirildi. Düşük gürültü performansları nedeniyle, 60 GHz'e kadar frekanslarda çalışan küçük sinyal amplifikatörlerinde, güç amplifikatörlerinde, osilatörlerde ve mikserlerde yaygın olarak kullanılırlar.
- HEMT cihazları, hücresel telekomünikasyon, Doğrudan yayın alıcıları - DBS, radyo astronomisi gibi çok çeşitli RF tasarım uygulamalarında kullanılmaktadır. RADAR (Radyo Algılama ve Değişme Sistemi) ve büyük ölçüde hem düşük gürültü performansı hem de çok yüksek frekanslı işlemler gerektiren herhangi bir RF tasarım uygulamasında kullanılır.
- Günümüzde HEMT'ler daha çok Entegre devreler . Bu Monolitik Mikrodalga Entegre Devre çipleri (MMIC), RF tasarım uygulamaları için yaygın olarak kullanılmaktadır.
HEMT'nin bir başka gelişimi de PHEMT'dir (Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor). PHEMT'ler, kablosuz iletişim ve LNA (Düşük Gürültülü Amplifikatör) uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Yüksek güç katma verimlilikler ve mükemmel düşük gürültü rakamları ve performans sunarlar.
Böylece, bu tamamen Yüksek Elektron Hareketlilik Transistörü (HEMT) yapımı, işleyişi ve uygulamaları. Bu konuda veya elektrik ve elektronik projeler ile ilgili herhangi bir sorunuz varsa aşağıdaki yorumları bırakın.