HEMTHEMT （High Electron Mobility Transistor) 高电子迁移率晶体管 小组成员 制作PPT 收集资料 HEMT简介 HEMT的应用方向 HEMT的发明 两种类型的HEMT 介绍内容 一.HEMT简介 HEMT，高电子迁移率晶体 管是一种异质结场效应晶体管 ，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) 等这种器件及其集成电路都 能够工作于超高频（毫米波） 、超高速领域，原因就在于它 是利用具有很高迁移率的所谓 二维电子气来工作的 一.HEMT简介 一般说来HEMT的发明是归功于日本人Takashi Mimura (三村 高志) (Fujitsu, Japan) 而在美国, Ray Dingle 和 他的同事们在贝尔实验室（ Bell Laboratories ）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，为HEMT的发明做出 了巨大贡献在欧洲，来自Thomson-CSF (France)现为 Thales Group的 Daniel Delagebeaudeuf 和 Trong Linh Nuyen在 1979年3月28日为一个他们设计的HEMT 设备申请了专利。
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 HEMT的发明 二.两种体系的HEMT 以 GaAs 或者 GaN 制备的高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistors）以及赝配高电子迁移率晶体 管（Pseudo orphic HEMT）被普遍认为是最有发展前途的 高速电子器件之一由于此类器件所具有超高速、低功 耗、低噪声的特点(尤其在低温下)，极大地满足超高速计 算机及信号处理、卫星通信等用途上的特殊需求，故而 HEMT 器件受到广泛的重视作为新一代微波及毫米波器 件,HEMT 器件无论是在频率、增益还是在效率方面都表 现出无与伦比的优势. 经过 10 多年的发展,HEMT 已经具 备了优异的微波、毫米波特性,已成为 2～100 GHz 的卫星 通信、射电天文、电子战等领域中的微波毫米波低噪声 放大器的主要器件同时他也是用来制作微波混频器、 振荡器和宽带行波放大器的核心部件 制作工序： 1.在半绝缘GaAs衬底上生长GaAs缓冲层（ 约0.5μm） 2.高纯GaAs层（约60nm） 3. n型AlGaAs（铝镓砷）层（约60nm） 4. n型GaAs层（厚约50nm） 5.台面腐蚀隔离有源区 6.制作Au/Ge合金的源、漏欧姆接触电极 7.干法选择腐蚀去除栅极位置n型GaAs层 8.淀积Ti/Pt/Au栅电极。
1.GaAs体系HEMT 图 1 GaAs HEMT基本结构 图2 GaAs HEMT中2-DEG 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 1.GaAs体系HEMT 在低温下HEMT的特性将发生退化，主要是由于n- AlGaAs层存在一种所谓DX中心的陷阱，它能俘获和放出 电子，使得2-DEG浓度随温度而改变，导致阈值电压不 稳定实验表明：对掺硅的AlxGa1－xAs，当x<0.2基本不 产生DX中心，反之则会出现高浓度的DX中心对于 HEMT中的n－AlGaAs层，为了得到较高的能带突变通常 取x=0.3，必然会有DX中心的影响 为了解决这个问题，1985年Maselink采用非掺杂的 InGaAs代替非掺杂的GaAs作为2－DEG的沟道材料制成 了赝高电子迁移率晶体管PHEMT。
1.GaAs体系HEMT InGaAs层厚度约为20nm，能吸 收由于GaAs和InGaAs之间的晶 格失配（约为1％）而产生的应 力，在此应力作用下，InGaAs 的晶格将被压缩，使其晶格常 数大致与GaAs与AlGaAs的相匹 配，成为赝晶层因为InGaAs 薄层是一层赝晶层且在HEMT中 起着 i –GaAs层的作用，所以成 为“赝”层，这种HEMT也就相应 地成为赝HEMT 1.GaAs体系HEMT 图3 GaN HEMT 基本结构 1.GaAs体系HEMT PHEMT较之常规HEMT的优点： (1)InGaAs层二维电子气的电子迁移率和饱和速度皆 高于 GaAs，前者电子饱和漂移速度达到了 7.41017cm2V-1S-1，后者为4.41017cm2V-1S-1，因此 工作频率更高 (2)InGaAs禁带宽度小于GaAs，因此增加了导带不 连续性300K时GaAs禁带宽度为1.424eV，InGaAs 为0.75eV (3)InGaAs禁带宽度低于两侧AlGaAs和GaAs材料的禁 带宽度，从而形成了量子阱，比常规HEMT对电子 又多加了一个限制，有利于降低输出电导，提高功 率转换效率。
2.GaN体系HEMT HEMT是通过栅极下面的肖特基(Schottky)势垒来控制 AlGaN／GaN异质结中的2DEG的浓度而实现对电流的 控制栅极下面的以型A1GaN层，由于Schottky势垒 的作用和电子向未掺杂GaN层转移，将全部耗尽转 移到未掺杂GaN层去的电子即在异质结界面处三角形 势阱中形成2DEG；这些2DEG与处在AlGaN层中的杂 质中心在空问上是分离的，不受电离杂质的影响，从 而迁移率很高 2.GaN体系HEMT HEMT的关键是掺杂层和沟道层问的异质结传统的GaAs或 InP基HEMT，掺杂层是n型掺杂，施主是2DEG的主要来源 异质结处存在导带差，驱使电子从掺杂层进入到沟道层，并 将电子限制在沟道层内距异质结处几纳米范围内，形成2DEG 高2DEG而密度是HEMT设计的目标在GaN基HEMT中，除 去导带差异因素外，AIGaN和GaN的极化效应也能生成2DEG 2DEG中的电子有三个主要来源：(1)从掺杂AIGaN层转移的电 子；(2)GaN沟道层巾杂质的贡献；(3)由极化效应诱生的上述 来源的电子AIGaN／GaN界面处2DEG的面电子密度既取决 于导带不连续程度和异质结构的人为掺杂，又受到压电和自 发极化效应的影响。
2.GaN体系HEMT 首先制造源、漏电极光刻欧姆接触窗口，利用电 子束蒸发形成多层电极结构Ti／A1，Ti／Au(200／ 1200／400／200h)，剥离工艺形成源、漏接触使 用快速热退火(RTA)设备，在900℃、30 Sec氩气保 护条件下形成良好的源、漏欧姆接触然后光刻出 需刻蚀掉的区域，使用反应离子束刻蚀(RIE)设备， 通入BCl，刻蚀台阶最后再次利用光刻、电子束蒸 发和剥离工艺形成(Ni／Au300／700h)肖特基势垒栅 金属 制作工序： 三.HEMT的应用 Applications are similar to those of MESFETs – microwave and millimeter wave communications, imaging, radar, and radio astronomy – any application where high gain and low noise at high frequencies are required. HEMTs have shown current gain to frequencies greater than 600 GHz and power gain to frequencies greater than 1 THz. (Heterojunction bipolar transistors were demonstrated at current gain frequencies over 600 GHz in April 2005.) Numerous companies worldwide develop and manufacture HEMT-based devices. These can be discrete transistors but are more usually in the form of a monolithic microwave integrated circuit (MMIC). HEMTs are found in many types of equipment ranging from cell-phones and DBS receivers to electronic warfare systems such as radar and for radio astronomy. ——from Wikipedia 三.HEMT的应用 1.射电望远镜射电望远镜是主要接收天体射电波段辐射的 望远镜。
射电望远镜的外形差别很大，有固 定在地面的单一口径的球面射电望远镜，有 能够全方位转动的类似卫星接收天线的射电 望远镜，有射电望远镜阵列，还有金属杆制 成的射电望远镜 1931年，美国贝尔实验室的央斯基用天线阵 接收到了来自银河系中心的无线电波随后 美国人格罗特雷伯在自家的后院建造了一 架口径9.5米的天线，并在1939年接收到了 来自银河系中心的无线电波，并且根据观测 结果绘制了第一张射电天图射电天文学从 此诞生雷伯使用的那架天线是世界上第一 架专门用于天文观测的射电望远镜 位于美国新墨西哥州的综合孔径 射电望远镜甚大天线阵 三.HEMT的应用 Direct broadcast satellite (DBS) is a term used to refer to satellite television broadcasts intended for home reception. A designation broader than DBS would be direct-to-home signals, or DTH. This has initially distinguished the transmissions directly intended for home viewers from cable television distribution services that sometimes carried on the same satellite. The term DTH predates DBS and is often used in reference to services carried by lower power satellites which required larger dishes (1.7m diameter or greater) for reception. 2.直播卫星（ Direct broadcast satellite ） 三.HEMT的应用 3.其他应用 •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 •毫米波电路,毫米波通信 •精确制导 。