GaAsHEMT.pptxVIP

GaAs HEMT （High Electron Mobility Transistors） 高电子迁移率晶体管 演讲人：张福生 时 间：2016.12.20 HEMT 简介 HEMT 高电子迁移率晶体管。这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。 HEMT 需求 因为一般的场效应集成电路为了达到超高频、超高速，必须要减短信号传输的延迟时间τd ∝ CL/(μnVm)和减小器件的开关能量(使IC不致因发热而损坏) E = ( Pd τd )≈CLVm2/2，而这些要求在对逻辑电压摆幅Vm的选取上是矛盾的，因此难以实现超高频、超高速；解决的一个办法就是，首先适当降低逻辑电压摆幅, 以适应IC稳定工作的需要，而要缩短τd 则主要是着眼于提高电子的迁移率μn，这就发展出了HEMT。 HEMT 发明 GaAs HEMT 制备工艺 HEMT工作原理 HEMT是电压控制器件，栅极电压Vg可控制异质结势阱的深度，则可控制势阱中2-DEG的面密度，从而控制着器件的工作电流。对于GaAs体系的HEMT，通常其中的n-AlxGa1-xAs控制层应该是耗尽的 。若n-AlxGa1-xAs层厚度较大、掺杂浓度又高，则在Vg =0 时就存在有2-DEG, 为耗尽型器件，反之则为增强型器件；但该层如果厚度过大、掺杂浓度过高, 则工作时就不能耗尽, 而且还将出现与S-D并联的漏电电阻。对于HEMT，主要是要控制好宽禁带半导体层——控制层的掺杂浓度和厚度，特别是厚度。 HEMT 栅压与电流关系 HEMT 分类 按沟道种类分为： N沟道HEMT； P沟道HHMT。 按工作模式分为： 耗尽型（D型）HEMT--栅压为零时有沟道　　增强型（E型） HEMT--栅压为零时无沟道 pHEMT 赝配高电子迁移率晶体管 虽然普通结构的HEMT具有很好的高频、高速性能，但存在有一个很大的问题，其性能的温度稳定性较差。这与n-AlxGa1-xAs中出现的一种陷阱——“DX中心”有关。这种DX中心能俘获或放出电子，使得HEMT中的二维电子气（2-DEG）浓度将随温度而变化，从而导致HEMT的阈值电压不稳定，特别是在低温下，由于DX中心存储电子的作用较强，可造成EMT的I-V特性崩塌。 如何消除DX中心的影响? ——这就发展出所谓pHEMT（Pseudomorphic HEMT）。 pHEMT 结构 pHEMT的基本器件结构是n+-AlxGa1-xAs/i-InGaAs/i–GaAs型式，采用了不掺杂的i–InGaAs层作为沟道层。因为InGaAs的禁带宽度较窄，则在异质结n+-AlxGa1-xAs/i-InGaAs界面处形成的势阱深度（ΔEc）较大，所以这时就可以适当降低n+-AlxGa1-xAs控制层的组分x（使得x0.2），以避免出现DX中心。可见，采用n+-AlxGa1-xAs/i-InGaAs这种调制掺杂异质结，即可消除DX中心的影响，并能够获得足够稳定而良好的器件性能。 InGaAs 材料具有比GaAs 材料更窄的能带带隙，因此增加了异质结导带不连续性，增加了沟道电子浓度。较大的异质结导带偏移量，能够更好的束缚三角形势阱中的电子，从而具有更好的和调制效率；另外InGaAs 材料具有比GaAs 材料更小的电子有效质量，从而具有更高电子迁移率（能够高达15，000cm2/Vs）和工作频率更高。 pHEMT 特点 HEMT 的应用 谢 谢 大 家