高電子遷移率晶體管課件

6高電子遷移率晶體管（HEMT）本章內(nèi)容21.

HEMT的基本結(jié)構(gòu)和工作原理2.

HEMT基本特性3.贗配高電子遷移率晶體管(PHEMT)4.HEMT應(yīng)用領(lǐng)域

6.1HEMT的基本結(jié)構(gòu)和工作原理3HEMT的基本結(jié)構(gòu)就是一個調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)，在圖中示出了AlGaAs/GaAs異質(zhì)結(jié)HEMT的結(jié)構(gòu)；在寬禁帶的AlGaAs層（控制層）中摻有施主雜質(zhì)，在窄禁帶的GaAs層（溝道層）中不摻雜（即為本征層）

AlGaAs層通常稱為控制層，它和金屬柵極形成肖特基勢壘結(jié)，和GaAs層形成異質(zhì)結(jié)HEMT的基本結(jié)構(gòu)

6.1HEMT的基本結(jié)構(gòu)和工作原理5HMET的能帶圖：AlGaAs的禁帶寬度比GaAs大，所以它們形成異質(zhì)結(jié)時，導(dǎo)帶邊不連續(xù)，AlGaAs的導(dǎo)帶邊比GaAs的高實際上就是前者的電子親和能比后者的小，結(jié)果電子從AlGaAs向GaAs中轉(zhuǎn)移，在GaAs表面形成近似三角形的電子勢阱

6.1HEMT的基本結(jié)構(gòu)和工作原理6對于GaAs體系的HEMT，通常其中的n-AlxGa1-xAs控制層應(yīng)該是耗盡的(厚度一般為數(shù)百nm,摻雜濃度為~/cm3)。若n-AlxGa1-xAs層厚度較大、摻雜濃度又高，則在Vg=0時就存在有2-DEG,為耗盡型器件，反之則為增強型器件(Vg=0時Schottky耗盡層即延伸到i-GaAs層內(nèi)部)；但該層如果厚度過大、摻雜濃度過高,則工作時就不能耗盡,而且還將出現(xiàn)與S-D并聯(lián)的漏電電阻?？傊瑢τ贖EMT，主要是要控制好寬禁帶半導(dǎo)體層——控制層的摻雜濃度和厚度，特別是厚度。

6.1HEMT的基本結(jié)構(gòu)和工作原理7HEMT又稱為調(diào)制摻雜場效應(yīng)晶體管（MODFET）、二維電子氣場效應(yīng)晶體管（2-DEGFET）、選擇摻雜異質(zhì)結(jié)晶體管(SDHT)等HEMT是利用具有很高遷移率的所謂二維電子氣來導(dǎo)電的。

6.2HEMT的基本特性92、電流與電壓的關(guān)系1.長溝道：溝道電流為：此時，跨導(dǎo)為當(dāng)增加到時,溝道夾斷,即得到飽和電流：此時跨導(dǎo)為

6.2HEMT的基本特性102、電流與電壓的關(guān)系1、短溝道（L≈1μm）：溝道電流為：電流飽和區(qū)的跨導(dǎo)為

6.2HEMT的基本特性11HMET的特點：非常高的截止頻率fT；非常高的工作速度；短溝道效應(yīng)較??；噪聲性能好

6.3贗配高電子遷移率晶體管(PHEMT)13PHEMT較之常規(guī)HEMT有以下優(yōu)點：InGaAs層二維電子氣的電子遷移率和飽和速度皆高于GaAs，前者電子飽和漂移速度達到了7.4×1017cm2V-1S-1，后者為4.4×1017cm2V-1S-1，因此工作頻率更高。InGaAs禁帶寬度小于GaAs，因此增加了導(dǎo)帶不連續(xù)性。300K時GaAs禁帶寬度為1.424eV，InGaAs為0.75eV。InGaAs禁帶寬度低于兩側(cè)AlGaAs和GaAs材料的禁帶寬度，從而形成了量子阱，比常規(guī)HEMT對電子又多加了一個限制，有利于降低輸出電導(dǎo)，提高功率轉(zhuǎn)換效率。對InGaAs兩側(cè)調(diào)制摻雜，形成雙調(diào)制摻雜PHEMT，雙調(diào)制摻雜PHEMT的薄層載流子濃度是常規(guī)PHEMT的二倍，因此有非常高的電流處理能力。對于1μm柵長的器件，在300K和77K下已分別達到430mA/mm和483mA/mm的水平。6.3贗配高電子遷移率晶體管(PHE