Tutorial sobre transistor de alta movilidad de electrones (HEMT)

Tutorial sobre transistor de alta movilidad de electrones (HEMT)

El HEMT o transistor de alta movilidad de electrones es un tipo de transistor de efecto de campo (FET) , que se utiliza para ofrecer una combinación de factor de ruido bajo y niveles muy altos de rendimiento a frecuencias de microondas. Este es un dispositivo importante para circuitos digitales de alta velocidad, alta frecuencia y circuitos de microondas con aplicaciones de bajo ruido. Estas aplicaciones incluyen informática, telecomunicaciones e instrumentación. Y el dispositivo también se utiliza en el diseño de RF, donde se requiere un alto rendimiento a frecuencias de RF muy altas.

Construcción de transistor de alta movilidad de electrones (HEMT)

El elemento clave que se utiliza para construir un HEMT es la unión PN especializada. Se conoce como heterounión y consiste en una unión que utiliza diferentes materiales a cada lado de la unión. En vez de Unión PN , se utiliza una unión metal-semiconductor (barrera Schottky con polarización inversa), donde la simplicidad de las barreras Schottky permite la fabricación para cerrar tolerancias geométricas.


Los materiales más comunes utilizaron arseniuro de aluminio y galio (AlGaAs) y arseniuro de galio (GaAs). El arseniuro de galio se usa generalmente porque proporciona un alto nivel de movilidad básica de electrones que tiene mayores movilidades y velocidades de deriva del portador que el Si.



Sección transversal esquemática de un HEMT

Sección transversal esquemática de un HEMT

Para la fabricación de un HEMT según el procedimiento siguiente, primero se deposita una capa intrínseca de arseniuro de galio sobre la capa semiaislante de arseniuro de galio. Esto tiene solo 1 micrón de grosor. Después de eso, una capa muy delgada entre 30 y 60 Angstroms de arseniuro de galio y aluminio intrínseco se coloca encima de esta capa. El propósito principal de esta capa es asegurar la separación de la interfaz de heterounión de la región de arseniuro de galio aluminio dopado.

Esto es muy crítico si se quiere lograr una alta movilidad de electrones. La capa dopada de arseniuro de aluminio y galio de aproximadamente 500 Angstroms de espesor se coloca encima de esta como se muestra en los diagramas a continuación. Se requiere el espesor exacto de esta capa y se requieren técnicas especiales para el control del espesor de esta capa.

Hay dos estructuras principales que son la estructura implantada de iones autoalineados y la estructura de la puerta de receso. En la estructura implantada de iones autoalineados, la puerta, el drenaje y la fuente están colocados y generalmente son contactos metálicos, aunque los contactos de la fuente y el drenaje a veces pueden estar hechos de germanio. La puerta generalmente está hecha de titanio y forma una unión polarizada inversa diminuta similar a la del GaAs-FET.


Para la estructura de la compuerta empotrada, se coloca otra capa de arseniuro de galio tipo n para permitir que se realicen los contactos de drenaje y fuente. Las áreas están grabadas como se muestra en el siguiente diagrama.

El grosor debajo de la puerta también es muy crítico ya que el voltaje umbral del FET está determinado solo por el grosor. El tamaño de la puerta y, por lo tanto, el canal es muy pequeño. Para mantener un rendimiento de alta frecuencia, el tamaño de la puerta debe ser normalmente de 0,25 micrones o menos.

Diagramas transversales que comparan estructuras de un HEMT de AlGaAs o GaAs y un GaAs

Diagramas transversales que comparan estructuras de un HEMT de AlGaAs o GaAs y un GaAs

Operación HEMT

El funcionamiento del HEMT es un poco diferente al de otros tipos de FET y, como resultado, es capaz de ofrecer un rendimiento muy mejorado sobre la unión estándar o MOS hechos , y en particular en aplicaciones de RF de microondas. Los electrones de la región de tipo n se mueven a través de la red cristalina y muchos permanecen cerca de la heterounión. Estos electrones en una capa que tiene solo una capa de espesor, se forman como un gas de electrones bidimensional que se muestra en la figura (a) anterior.

Dentro de esta región, los electrones pueden moverse libremente, porque no hay otros electrones donantes u otros elementos con los que colisionen los electrones y la movilidad de los electrones en el gas es muy alta. El voltaje de polarización aplicado a la puerta formada como un diodo de barrera Schottky se usa para modular el número de electrones en el canal formado a partir del gas de electrones bidimensionales y esto controla consecutivamente la conductividad del dispositivo. El ancho del canal se puede cambiar por el voltaje de polarización de la puerta.

Aplicaciones de HEMT

  • El HEMT se desarrolló anteriormente para aplicaciones de alta velocidad. Debido a su bajo nivel de ruido, se utilizan ampliamente en pequeños amplificadores de señal, amplificadores de potencia, osciladores y mezcladores que operan a frecuencias de hasta 60 GHz.
  • Los dispositivos HEMT se utilizan en una amplia gama de aplicaciones de diseño de RF que incluyen telecomunicaciones celulares, receptores de transmisión directa: DBS, radioastronomía, RADAR (Sistema de detección y alcance por radio) y se utiliza principalmente en cualquier aplicación de diseño de RF que requiera tanto un rendimiento de bajo ruido como operaciones de muy alta frecuencia.
  • Hoy en día, los HEMT se incorporan con mayor frecuencia en circuitos integrados . Estos chips de circuito integrado de microondas monolíticos (MMIC) se utilizan ampliamente para aplicaciones de diseño de RF

Un desarrollo adicional del HEMT es PHEMT (transistor pseudomórfico de alta movilidad de electrones). Los PHEMT se utilizan ampliamente en comunicaciones inalámbricas y aplicaciones LNA (amplificador de bajo ruido). Ofrecen eficiencias añadidas de alta potencia y excelentes cifras y rendimiento de bajo ruido.

Por lo tanto, se trata de Transistor de alta movilidad de electrones (HEMT) construcción, su funcionamiento y aplicaciones. Si tiene alguna consulta sobre este tema o sobre los proyectos eléctricos y electrónicos, deje los comentarios a continuación.