הטרנזיסטור HEMT או הניידות הגבוהה באלקטרונים הוא a סוג טרנזיסטור אפקט שדה (FET) , המשמש להצעת שילוב של נתון רעש נמוך ורמות ביצועים גבוהות מאוד בתדרי מיקרוגל. זהו מכשיר חשוב עבור מעגלים דיגיטליים במהירות גבוהה, בתדירות גבוהה, ומעגלי מיקרוגל עם יישומי רעש נמוך. יישומים אלה כוללים מחשוב, טלקומוניקציה ומכשור. והמכשיר משמש גם בתכנון RF, שם נדרשים ביצועים גבוהים בתדרי RF גבוהים מאוד.
קונסטרוקציית טרנזיסטור ניידות גבוהה של אלקטרונים (HEMT)
אלמנט המפתח המשמש לבניית HEMT הוא צומת ה- PN המיוחד. זה ידוע כצומת הטרו ומורכב מצומת המשתמשת בחומרים שונים משני צדי הצומת. במקום ה צומת p-n , נעשה שימוש בצומת מוליכים למחצה מתכתית (מחסום שוטקי מוטה לאחור), כאשר הפשטות של מחסומי שוטקי מאפשרת לייצור לסגור סובלנות גיאומטריות.
החומרים הנפוצים ביותר בשימוש אלומיניום גליום ארסניד (AlGaAs) וגליום ארסניד (GaAs). גליום ארסניד משמש בדרך כלל מכיוון שהוא מספק רמה גבוהה של ניידות אלקטרונית בסיסית שיש לה ניידות גבוהה יותר ומהירויות נסחף מנשא מ- Si.
חתך סכמטי של HEMT
ייצור של HEMT כדלקמן ההליך, תחילה מונחת שכבה פנימית של גליום ארסניד על שכבת גליום ארסניד המבודדת למחצה. זה רק בעובי של 1 מיקרון. לאחר מכן, שכבה דקה ביותר בין 30 ל -60 אנגסטרום של גליום ארציניד אלומיניום פנימי מונחת על גבי שכבה זו. המטרה העיקרית של שכבה זו היא להבטיח את הפרדת ממשק הצומת הטרו לאזור האלומיניום המסומם של גליום ארסניד.
זה קריטי מאוד אם אמורה להשיג ניידות גבוהה של אלקטרונים. השכבה המסוממת של אלומיניום גליום ארסניד בעובי של כ- 500 אנגסטרום מונחת מעל זו כפי שמוצג בתרשימים להלן. עובי מדויק של שכבה זו נדרש ונדרשות טכניקות מיוחדות לשליטה בעובי שכבה זו.
ישנם שני מבנים עיקריים שהם המבנה המושתל על-ידי יונים ומבנה שער השקעים. במבנה מושתל יונים המושתל על עצמם, השער, הניקוז והמקור מונחים והם בדרך כלל מגעים מתכתיים, אם כי לעיתים מגעי המקור והניקוז עשויים להיות עשויים גרמניום. השער עשוי בדרך כלל מטיטניום, והוא יוצר צומת מוטה הפוך דקה הדומה לזה של ה- GaAs-FET.
עבור מבנה שער ההפסקה, שכבה נוספת של גליום ארסניד מסוג n מונחת על מנת לאפשר יצירת מגעי הניקוז והמקור. האזורים נחרטים כפי שמוצג בתרשים להלן.
העובי מתחת לשער הוא גם קריטי מאוד מכיוון שמתח הסף של ה- FET נקבע על ידי העובי בלבד. גודל השער, ומכאן הערוץ קטן מאוד. כדי לשמור על ביצועים בתדירות גבוהה, גודל השער צריך להיות בדרך כלל 0.25 מיקרון או פחות.
דיאגרמות רוחביות המשוות מבנים של AlGaAs או GaAs HEMT ו- GaAs
פעולת HEMT
פעולת ה- HEMT שונה במקצת מסוגים אחרים של FET וכתוצאה מכך היא מסוגלת לתת ביצועים משופרים מאוד על פני הצומת הסטנדרטית או MOS FETs , ובפרט ביישומי RF במיקרוגל. האלקטרונים מהאזור מסוג n עוברים דרך סריג הקריסטל ורבים נשארים קרובים לצומת הטרו. אלקטרונים אלה בשכבה שעובתה שכבה אחת בלבד, ויוצרים כגז אלקטרונים דו מימדי המוצג באיור לעיל (א).
בתוך אזור זה, האלקטרונים מסוגלים לנוע בחופשיות, מכיוון שאין אלקטרונים תורמים אחרים או פריטים אחרים איתם יתנגשו האלקטרונים וניידותם של האלקטרונים בגז גבוהה מאוד. מתח ההטיה המופעל על השער שנוצר כדיודת מחסום שוטקי משמש לווסת את מספר האלקטרונים בערוץ שנוצר מגז האלקטרונים הדו-ממדי ורצף זה שולט על מוליכות המכשיר. ניתן לשנות את רוחב הערוץ באמצעות מתח הטיה בשער.
יישומי HEMT
- ה- HEMT פותח בעבר ליישומים מהירים. בגלל ביצועי הרעש הנמוכים שלהם, הם נמצאים בשימוש נרחב במגברי אות קטנים, מגברי כוח, מתנדים ומערבלים הפועלים בתדרים של עד 60 ג'יגה הרץ.
- מכשירי HEMT משמשים במגוון רחב של יישומי עיצוב RF כולל טלקומוניקציה סלולרית, מקלטים לשידור ישיר - DBS, רדיו אסטרונומיה, RADAR (מערכת גילוי רדיו ומערכת טווח) ומשמשים בעיקר בכל יישום עיצוב RF שדורש ביצועי רעש נמוכים וגם פעולות בתדירות גבוהה מאוד.
- כיום HEMTs בדרך כלל משולבים ב מעגלים משולבים . שבבי מעגלים משולבים במיקרוגל מונוליטי (MMIC) נמצאים בשימוש נרחב ליישומי עיצוב RF
התפתחות נוספת של ה- HEMT היא PHEMT (טרנזיסטור ניידות אלקטרונים גבוהים פסאודומורפיים). ה- PHEMT נעשה שימוש נרחב ביישומי תקשורת אלחוטית ו- LNA (מגבר נמוך רעש). הם מציעים יעילות גבוהה עם הספק גבוה ונתונים וביצועים מעולים עם רעש נמוך.
לפיכך, זה הכל בערך טרנזיסטור ניידות אלקטרונים גבוה בניית (HEMT), תפעולו ויישומיו. אם יש לך שאלות בנושא זה או בפרויקטים חשמליים ואלקטרוניים השאירו את ההערות למטה.
