HEMT

HEMT-------HighElectronMobilityTransistor高电子迁移率晶体管成员：李臣谢沁诸洁曹秀萍器件结构和特点应用领域能带图~~I~V特性HEMT的基本结构就是一个调制掺杂异质结，在图中示出了AlGaAs/GaAs异质结HEMT的结构；在宽禁带的AlGaAs层（控制层）中掺有施主杂质，在窄禁带的GaAs层（沟道层）中不掺杂（即为本征层）AlGaAs层通常称为控制层，它和金属栅极形成肖特基势垒结，和GaAs层形成异质结结构HEMT这里AlGaAs/GaAs就是一个调制掺杂异质结，在其界面、本征半导体一边处，就构成一个电子势阱（近似为三角形），势阱中的电子即为高迁移率的二维电子气（2-DEG），因为电子在势阱中不遭受电离杂质散射，则迁移率很高。这种2-DEG不仅迁移率很高，而且在极低温度下也不“冻结”（即不复合，因为电子与杂质中心在空间上是分隔开的），则HEMT有很好的低温性能,可用于低温研究工作(如分数量子Hall效应)中。异质结界面附近的另一层很薄的本征层（i-AlGaAs），是用于避免势阱中2-DEG受到n-AlGaAs中电离杂质中心的影响，以进一步提高迁移率。HEMT能带图能带图AlGaAs的禁带宽度比GaAs大，所以它们形成异质结时，导带边不连续，AlGaAs的导带边比GaAs的高实际上就是前者的电子亲和能比后者的小，结果电子从AlGaAs向GaAs中转移，在GaAs表面形成近似三角形的电子势阱Ec对于GaAs体系的HEMT，通常其中的n-AlxGa1-xAs控制层应该是耗尽的(厚度一般为数百nm,掺杂浓度为~/cm3)。若n-AlxGa1-xAs层厚度较大、掺杂浓度又高，则在Vg=0时就存在有2-DEG,为耗尽型器件，反之则为增强型器件(Vg=0时Schottky耗尽层即延伸到i-GaAs层内部)；但该层如果厚度过大、掺杂浓度过高,则工作时就不能耗尽,而且还将出现与S-D并联的漏电电阻。总之，对于HEMT，主要是要控制好宽禁带半导体层——控制层的掺杂浓度和厚度，特别是厚度。HEMT17101810当势阱较深时，电子基本上被限制在势阱宽度所决定的薄层内，称之为二维电子气（2DEG）2DEG是指电子（或空穴）在平行于界面的平面内自由运动，而在垂直于界面的方向受到限制。HEMT是电压控制器件，栅极电压Vg可控制异质结势阱的深度，则可控制势阱中2-DEG的面密度，从而控制着器件的工作电流。HEMTHEMT又称为调制掺杂场效应晶体管（MODFET）、二维电子气场效应晶体管（2-DEGFET）、选择掺杂异质结晶体管(SDHT)等HEMT是利用具有很高迁移率的所谓二维电子气来导电的。HEMT基本性质1.电荷和电压的关系022()dscFGDBnqqxxdxqqNEEVNBn：金属接触的势垒高度GV：所加栅压cE：异质结材料导带边的能量差FqE：2DEG的费米势2：控制层的介电常数1.长沟道：沟道电流为：此时，跨导为当增加到时,沟道夹断,即得到饱和电流：此时跨导为2.电流和电压的关系222DSGSTDSDSZLddVVVVIDSVDsatGSTVVV222DsatGSTZddLVVI2DSmZLddgV2()()DSTmddLZgVV1.短沟道（L≈1μm）：沟道电流为：电流饱和区的跨导为2.电流和电压的关系2sDsatGSTZddvVVI2()smddZvg非常高的截止频率fT；非常高的工作速度；短沟道效应较小；噪声性能好特点微波低噪声放大高速数字集成电路高速静态随机存储器低温电路功率放大微波震荡应用领域HEMT谢谢！