HEMT高电子迁移率晶体管

化合物半导体高速集成电路 第五章 高电子迁移率晶体管 第 1 页 共 6 页 第五章 高电子迁移率晶体管 5.1 HEMT 的基本结构和工作原理 5.2 HEMT 基本特性 5.3 赝高电子迁移率晶体管 5.1 HEMT 的基本结构和工作原理 高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistor ，HEMT），也称为 2－DEG 场效应晶体管；因用的是调制掺杂的材料，所以又称为调制掺杂场效应管。1978 年 R.Dingle首次在 MBE（分子束外延）生长的调制掺杂 GaAs/AlGaAs 超晶格中观察到了相当高的电子迁移率。1980 年日本富士通公司的三村研制出了 HEMT，上世纪 80 年代 HEMT 成功的应用于微波低噪声放大，并在高速数字 IC 方面取得了明显得进展。 传讯速度的关键在于电子移动速率快慢，HEMT 中的电子迁移率很高，因此器件的跨导大、截止频率高、噪声低、开关速度快。 表5-1 几种场效应晶体管中电子迁移率对比(单位：cm2/V.s) 器件 300K 77K HEMT 8000 54000 GaAs MESFET 4800 6200 Si MESFET 630 1500 作为低噪声应用的 HEMT 已经历了三代变化，低噪声性能一代比一代优异： 第一代：AlGaAs/GaAs HEMT，12GHz 下，NF 为 0.3dB，增益为 16.7dB。 第二代：AlGaAs/InGaAs/GaAs HEMT (PHEMT 赝高电子迁移率晶体管)，40GHz 下，NF 为1.1dB；60GHz 下，NF 为 1.6dB；94GHz 下，NF 为 2.1dB。 第三代：InP 基 HEMT， 40GHz 下，NF 为 0.55dB；60GHz 下，NF 为 0.8dB；95GHz 下，NF 为 1.3dB。 AlGaAs/GaAs HEMT 的基本结构 制作工序：在半绝缘GaAs 衬底上生长 GaAs 缓冲层（约0.5μm）→ 高纯 GaAs 层（约60nm） → n 型 AlGaAs层（约60nm） → n 型 GaAs 层（厚约50nm） →台面腐蚀隔离有源区→制作 Au/Ge 合金的源、漏欧姆接触电极→干法选择腐蚀去除栅极位置 n 型 GaAs 层→淀积 Ti/Pt/Au栅电极。 图 5-1 GaAs HEMT 基本结构 HEMT 是通过栅极下面的肖特基势垒来控制GaAs/AlGaAs 异质结中的 2－DEG 的浓度实现控制电流的。栅电压可以改变三角形势阱的深度和宽度，从而可以改变2－DEG 的浓度，所以能控制 HEMT 的漏极电流。 由于 2－DEG 与处在 AlGaAs 层中的杂质中心在空间上是分离的，则不受电离杂质散射的影响，所以迁移率很高。 图 5-2 GaAs HEMT 中 2-DEG 化合物半导体高速集成电路 第五章 高电子迁移率晶体管 第 2 页 ...