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半导体异质结可根据界面情况分成三种 晶格匹配突变异质结；当两种半导体的晶格常数近似相等时，即可认为构成了第一种异质结，这里所产生的界面能级很少，可以忽略不计。 晶格不匹配异质结；当晶格常数不等的两种半导体构成异质结时，可以认为在晶格失配所产生的附加能级均集中在界面上，而形成所谓界面态，这就是第二种异质结。 合金界面异质结。第三种异质结的界面认为是具有一点宽度的合金层，则界面的禁带宽度将缓慢变化，这时界面能级的影响也可以忽略。 5.1.1 半导体异质结的能带突变 异质结的两边是不同的半导体材料，则禁带宽度不同，从而在异质结处就存在有导带的突变量△EC和价带的突变量△EV。 不考虑界面处的能带弯曲作用时的几种典型的能带突变形式 能带突变的应用例子： （a）产生热电子 （b）使电子发生反射的势垒 （c）提供一定厚度和高度的势垒 （d）造成一点深度和宽度的势阱。 不考虑界面态时，突变反型异质结能带图。 突变异质结是指从一种半导体材料向另一种半导体材料的过渡只发生在几个原子距离范围内的半导体异质结。 在未形成异质结前，p型半导体费米能级与n型半导体费米能级不在同一水平 两块半导体材料交界处形成空间电荷区（即势垒区或耗尽层），n型半导体为正空间电荷区，p型半导体一边为负空间电荷区，因不考虑界面态，势垒区中正空间电荷数等于负空间电荷数。 同理，可得突变同型异质结的能带图 6.3.3 异质结双极晶体管的特性 降低发射区掺杂浓度 减小发射结电容 提高基区掺杂浓度 降低基极电阻 提高了工作频率及功率增益 HBT的高频性能主要取决于总的渡越时间?ec和有效基极电阻与集电极电容所构成的时间常数?eff： 金属-AlGaAs-GaAs结构在零偏及反偏的能带图。 零偏时，GaAs的导带边缘低于费米能级，这表明二维电子气的密度很大，相应FET中的电流几乎很大。 反偏时，GaAs的导带边缘高于费米能级，说明二维电子气的密度很小，相应FET中的电流几乎为零。 负栅压将降低二维电子气的浓度，正栅压将使二维电子气的浓度增加。二维电子气的浓度随栅压增加，直到GaAlAs的导带与电子气的费米能级交叠为止。如下图： 肖特基势垒和异质结势垒分别使AlGaAs层的两个表面耗尽。 在理想情况下，设计器件时应该使这两个耗尽区交叠，这样就可以避免电子通过AlGaAs层导电。 HEMT的电流与电压关系 qФM 是栅极的Schottky势垒高度 平带电压是 HEMT的平衡情况的能带图和平带情况的能带图 ，由图可得 阈值电压 电荷控制模型可知，2-DEG的浓度ns与栅电压Vg关系是 2 1 1 2 VG(V) 0 ns与 VG基本上成正比关系。所以可知，HEMT就是依据栅电压控制沟道中2-DEG的浓度来工作的。 采用缓变沟道近似，则漏极电流沿沟道的分布可以表示为 假定电子迁移率μn恒定，同过积分，则得到漏极电流： VDS较小时可以得到线性关系为 VDS较大时漏极电流将达到饱和 沟道较短时，还须计入电子漂移速度vd和电场ε的关系。强电场下，器件的性能被电子的饱和速度vdsat所限制。由此，可以求出饱和电流IDS的表达式： 当 VT≈ 0时 当ε= εm时 可以得出 下图中，虚线是计算结果，实线是测量结果。可见，在强电场下工作的耗尽型HEMT和增强型HEMT，都呈现出平方规律的饱和特性。即 5.2.7 HEMT的频率特性 由于HEMT中通过调变掺杂方式大大降低了电离杂质散射，2-DEG所遭受的散射机构，主要是光学波声子散射；表面粗糙度散射很小，可忽略。 Hall效应测量表明，2-DEG的浓度ns与栅电压VG成正比。此外，电子迁移率与栅电压关系如下： （k为0.5~2.0的常数） 故有 在HEMT工作栅压变化范围，迁移率变化保持在30%之内。故在讨论器件工作特性时可假定为恒定值。 电子漂移速度与电场的关系 如图，迁移率作为电场的函数，随着温度T的升高是下降的，在300K时几乎与电场无关，而在低温、特别是在低电场时，迁移率随电场下降得很快（由于这时迁移率很高，电子迅速被“加热”而发射出极性光学波声子的缘故）。 说明HEMT工作于高电场区时，已不能体现2-DEG的优点。 在GaAs/AlxGa1-xAs异质结中的2-DEG的迁移率，不仅与温度T有关，还与2-DEG浓度和组分x强烈相关，除此之外，还与异质结中的本征AlGaAs隔离层厚度d有关。 图为2-DEG和3-DEG在不同温度下的速场特性关系曲线 高电场下，无论高温还是低温，2-DEG的速度总是大于3-DEG。另外，电场越小，温度对速度的影响越大，因而长沟道HEMT更适合降低温度来提高性能。 对短沟HEMT，决定器件性能的因素往往不是低电场时的迁移率，而是