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[求助分享] 异质结场效应晶体管(HEMT、HFET或MODFET)


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发布时间:2011/10/12 17:06:38
异质结场效应晶体管(HEMT、HFET或MODFET)

异质结场效应晶体管(HEMT、HFET或MODFET) HEMT是采用GaAs/n-AIGaAs,用选择(调制)掺杂的异质结构FET,它以GaAs为电子输运区,以n-GaAs为电子供给区。在HEMT中,用一层宽带隙半导体材料将栅与沟道隔开,当外加栅电压大于阈值电压时,在宽带隙半导体层和窄带隙半导体层的界面处,即异质结的沟道中会形成二维电子气( 2DEG)。由于2DEG脱离了毋体杂质的散射,又被限制在异质结界面附近非常窄的区域内,与异质结界面垂直的电子运动被量子化,故沟道载流子具有很高的迁移率,源一漏电流就是由这样的2DEG来输运的。2DEG是极薄的一层,大约在lOnm左右,相当于20个原子层厚,而其掺杂浓度ns很高,ns在1011~l012 cm-2以上。由此形成HEMT中的导电沟道,在一定的漏源电压作用下,2DEG将作定向漂移,形成相应的漏源电流。随着漏源电压的升高,2DEG的漂移速度将逐渐增大,并在一定的DS下,达到饱和漂移速度,导致漏源电流出现饱和。从其工作原理而言,与同为场效应管的FET器件相似,其不同之处如:HEMT栅压控制的是二维沟道中的2DEG,而MOSFET控制的是反型层,MESFET控制的则是栅下有源层的未耗尽部分。HEMT的N-AlGaAs层和MOSFET的S102绝缘层、MESFET栅下的耗尽层地位相当,但它的厚度、掺杂浓度、表面状态等对器件的工作模式及特性影响很大。HEMT的工作模式也有耗尽(D)型和增强(E)型两种,导电沟道也有N沟和P沟之分,常见的N沟耗尽型器件,其电子迁移率和饱和漂移速度都比空穴的高得多。 AIGaAs/GaAs HEMT力了提高该类器件的特性,在器件的结构和设计上应考虑:①选择电子迁移率及饱和速度更高的材料。 ②选择带隙范围较大的异质结材料。 ③选择晶格匹配良好的材料。 ④减少电子供给层的厚度。 ⑤提高2DEG的浓度。 ⑥缩短沟道长度L,增大栅宽W。 ⑦选择接触电阻小的金属化电极材料。 其中减少栅长L是提高HEMT特性的最有效途径。L越小,g。就越高,C。。则越低,从而有利于f及fM的提高。一般在相同栅长下,HEMT比GaAs MES-FET的fT高出约2倍;当fT> 80GHz,要获得最佳增益,单指栅长须设计在0. 25)um以下。但随着栅长的逐步缩小又将出现短沟效应和栅电阻增加的新问题。HEMT由于具有调制掺杂异质结构,使低场下电子迁移率及饱和速度明显提高,故具有比GaAs MESFET更高的截止频率,更小的噪声;同时因沟道导电载流子密度大又可具有更大的电流密度和跨导。而且小电流下其跨导仍然很大,在克服短沟效应方面具有其独特的优势。 PHEMT是一种赝配高电子迁移率晶体管,其主要的结构特点是用未掺杂的InGaAs层代替普通HEMT中的未掺杂GaAs层作为2DEG沟道层,形成N-Al-GaAs/i-InGaAs/i-GaAs核心结构。末掺杂的InGaAs层被称为“赝”层。实质上该器件是一双异质结量子阱器件。和普通HEMT相比,PHEMT具有下列特点: ①载流子迁移率更高。电子在InGaAs中有效质量小,室温下,迁移率可达6000CIT12l(V.s),较GaAs中电子迁移率提高了9%,平均饱和速度提高了约70%。 ②2DEG的密度更大,比普通HEMT的ns高两倍。 ③消除了DX中心的影响,改善了VT的温度性能及FV特性。 因此,PHEMT应具有更高的频率,更低的噪声,更高的跨导和更大的电流处理能力。在InP HEMT中以InAIAs为电子供给层,以InGaAs为2DEG沟道层,N+ -InAIAs/i-InGaAs是其核心异质结构。该结构对电子具有更好的限制,因而2DEG的密度更高,具有更高的截止频率和更低的噪声。同时,增大In-GaAs层中的In组分,形成赝配InP HEMT,可获得更大的电子迁移率及2DEG的面密度,从而进一步提高器件的跨导和工作频率,是毫米波高端应用的支柱器件。

热门型号:
PVA3055NSPBF PX3510G PXAC37KBBD PZM16NB2 PZM4.7NB2 PZM6.2NB3 Q13FC1350000400 Q4008LTH Q4010RH5 Q52521-1S2