HEMT（HighElectronMobilityTransistor)

高電子遷移率晶體管小組成員制作PPT收集資料半導體器件物理專題-HEMTHEMT簡介HEMT的應用方向HEMT的發明兩種類型的HEMT介紹內容半導體器件物理專題-HEMT一.HEMT簡介

HEMT，高電子遷移率晶體管是一種異質結場效應晶體管，又稱為調制摻雜場效應晶體管（MODFET）、二維電子氣場效應晶體管（2-DEGFET）、選擇摻雜異質結晶體管(SDHT)等。這種器件及其集成電路都能夠工作于超高頻（毫米波）、超高速領域，原因就在于它是利用具有很高遷移率的所謂二維電子氣來工作的。半導體器件物理專題-HEMT一.HEMT簡介一般說來HEMT的發明是歸功于日本人TakashiMimura(三村高志)(Fujitsu,Japan)。

而在美國,RayDingle和他的同事們在貝爾實驗室（BellLaboratories）首次在MBE（分子束外延）生長的調制摻雜GaAs/AlGaAs超晶格中觀察到了相當高的電子遷移率，為HEMT的發明做出了巨大貢獻。在歐洲，來自Thomson-CSF(France)現為ThalesGroup的DanielDelagebeaudeuf和TrongLinhNuyen在1979年3月28日為一個他們設計的HEMT設備申請了專利。1980年日本富士通公司的三村研制出了HEMT，上世紀80年代HEMT成功的應用于微波低噪聲放大，并在高速數字IC方面取得了明顯得進展。

HEMT的發明半導體器件物理專題-HEMT二.兩種體系的HEMT

以GaAs或者GaN制備的高電子遷移率晶體管（HighElectronMobilityTransistors）以及贗配高電子遷移率晶體管（PseudoorphicHEMT）被普遍認為是最有發展前途的高速電子器件之一。由于此類器件所具有超高速、低功耗、低噪聲的特點(尤其在低溫下)，極大地滿足超高速計算機及信號處理、衛星通信等用途上的特殊需求，故而HEMT器件受到廣泛的重視。作為新一代微波及毫米波器件,HEMT器件無論是在頻率、增益還是在效率方面都表現出無與倫比的優勢.經過10多年的發展,HEMT已經具備了優異的微波、毫米波特性,已成為2～100GHz的衛星通信、射電天文、電子戰等領域中的微波毫米波低噪聲放大器的主要器件。同時他也是用來制作微波混頻器、振蕩器和寬帶行波放大器的核心部件。半導體器件物理專題-HEMT

制作工序：

1.在半絕緣GaAs襯底上生長GaAs緩沖層（約0.5μm）2.高純GaAs層（約60nm）3.n型AlGaAs（鋁鎵砷）層（約60nm）

4.n型GaAs層（厚約50nm）5.臺面腐蝕隔離有源區6.制作Au/Ge合金的源、漏歐姆接觸電極7.干法選擇腐蝕去除柵極位置n型GaAs層8.淀積Ti/Pt/Au柵電極。1.GaAs體系HEMT圖1GaAsHEMT基本結構半導體器件物理專題-HEMT半導體器件物理專題-HEMT圖2GaAsHEMT中2-DEGHEMT是通過柵極下面的肖特基勢壘來控制GaAs/AlGaAs異質結中的2－DEG的濃度實現控制電流的。柵電壓可以改變三角形勢阱的深度和寬度，從而可以改變2－DEG的濃度，所以能控制HEMT的漏極電流。由于2－DEG與處在AlGaAs層中的雜質中心在空間上是分離的，則不受電離雜質散射的影響，所以遷移率很高。1.GaAs體系HEMT半導體器件物理專題-HEMT

在低溫下HEMT的特性將發生退化，主要是由于n-AlGaAs層存在一種所謂DX中心的陷阱，它能俘獲和放出電子，使得2-DEG濃度隨溫度而改變，導致閾值電壓不穩定。實驗表明：對摻硅的AlxGa1－xAs，當x<0.2基本不產生DX中心，反之則會出現高濃度的DX中心。對于HEMT中的n－AlGaAs層，為了得到較高的能帶突變通常取x=0.3，必然會有DX中心的影響。為了解決這個問題，1985年Maselink采用非摻雜的InGaAs代替非摻雜的GaAs作為2－DEG的溝道材料制成了贗高電子遷移率晶體管PHEMT。

1.GaAs體系HEMT半導體器件物理專題-HEMTInGaAs層厚度約為20nm，能吸收由于GaAs和InGaAs之間的晶格失配（約為1％）而產生的應力，在此應力作用下，InGaAs的晶格將被壓縮，使其晶格常數大致與GaAs與AlGaAs的相匹配，成為贗晶層。因為InGaAs薄層是一層贗晶層且在HEMT中起著i–GaAs層的作用，所以成為“贗”層，這種HEMT也就相應地成為贗HEMT。1.GaAs體系HEMT圖3GaNHEMT基本結構半導體器件物理專題-HEMT1.GaAs體系HEMTPHEMT較之常規HEMT的優點：(1)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。(2)InGaAs禁帶寬度小于GaAs，因此增加了導帶不連續性。300K時GaAs禁帶寬度為1.424eV，InGaAs為0.75eV。(3)InGaAs禁帶寬度低于兩側AlGaAs和GaAs材料的禁帶寬度，從而形成了量子阱，比常規HEMT對電子又多加了一個限制，有利于降低輸出電導，提高功率轉換效率。半導體器件物理專題-HEMT2.GaN體系HEMTHEMT是通過柵極下面的肖特基(Schottky)勢壘來控制AlGaN／GaN異質結中的2DEG的濃度而實現對電流的控制。柵極下面的以型A1GaN層，由于Schottky勢壘的作用和電子向未摻雜GaN層轉移，將全部耗盡。轉移到未摻雜GaN層去的電子即在異質結界面處三角形勢阱中形成2DEG；這些2DEG與處在AlGaN層中的雜質中心在空問上是分離的，不受電離雜質的影響，從而遷移率很高。半導體器件物理專題-HEMT2.GaN體系HEMTHEMT的關鍵是摻雜層和溝道層問的異質結。傳統的GaAs或InP基HEMT，摻雜層是n型摻雜，施主是2DEG的主要來源。異質結處存在導帶差，驅使電子從摻雜層進入到溝道層，并將電子限制在溝道層內距異質結處幾納米范圍內，形成2DEG。高2DEG而密度是HEMT設計的目標。在GaN基HEMT中，除去導帶差異因素外，AIGaN和GaN的極化效應也能生成2DEG。2DEG中的電子有三個主要來源：(1)從摻雜AIGaN層轉移的電子；(2)GaN溝道層巾雜質的貢獻；(3)由極化效應誘生的上述來源的電子。AIGaN／GaN界面處2DEG的面電子密度既取決于導帶不連續程度和異質結構的人為摻雜，又受到壓電和自發極化效應的影響。半導體器件物理專題-HEMT2.GaN體系HEMT首先制造源、漏電極。光刻歐姆接觸窗口，利用電子束蒸發形成多層電極結構Ti／A1，Ti／Au(200／1200／400／200h)，剝離工藝形成源、漏接觸。使用快速熱退火(RTA)設備，在900℃、30Sec氬氣保護條件下形成良好的源、漏歐姆接觸。然后光刻出需刻蝕掉的區域，使用反應離子束刻蝕(RIE)設備，通入BCl，刻蝕臺階。最后再次利用光刻、電子束蒸發和剝離工藝形成(Ni／Au300／700h)肖特基勢壘柵金屬。制作工序：半導體器件物理專題-HEMT三.HEMT的應用ApplicationsaresimilartothoseofMESFETs–microwaveandmillimeterwavecommunications,imaging,radar,andradioastronomy–anyapplicationwherehighgainandlownoiseathighfrequenciesarerequired.HEMTshaveshowncurrentgaintofrequenciesgreaterthan600

GHzandpowergaintofrequenciesgreaterthan1THz.(Heterojunctionbipolartransistorsweredemonstratedatcurrentgainfrequenciesover600

GHzinApril2005.)NumerouscompaniesworldwidedevelopandmanufactureHEMT-baseddevices.Thesecanbediscretetransistorsbutaremoreusuallyintheformofa'monolithicmicrowaveintegratedcircuit'(MMIC).HEMTsarefoundinmanytypesofequipmentrangingfromcell-phonesandDBSreceiverstoelectronicwarfaresystemssuchasradarandforradioastronomy.——fromWikipedia半導體器件物理專題-HEMT三.HEMT的應用1.射電望遠鏡射電望遠鏡是主要接收天體射電波段輻射的望遠鏡。射電望遠鏡的外形差別很大，有固定在地面的單一口徑的球面射電望遠鏡，有能夠全方位轉動的類似衛星接收天線的射電望遠鏡，有射電望遠鏡陣列，還有金屬桿制成的射電望遠鏡。1931年，美國貝爾實驗室的央斯基用天線陣接收到了來自銀河系中心的無線電波。隨后美國人格羅特·雷伯在自家的后院建造了一架口徑9.5米的天線，并在1939年接收到了來自銀河系中心的無線電波，并且根據觀測結果繪制了第一張射電天圖。射電天文學從此誕生。雷伯使用的那架天線是世界上第一架專門用于天文觀測的射電望遠鏡。位于美國新墨西哥州的綜合孔徑射電望遠鏡甚大天線陣。半導體器件物理專題-HEMT三.HEMT的應用Directbroadcastsatellite(DBS)isatermusedtorefertosatellitetelevisionbroadcastsintendedforhomereception.AdesignationbroaderthanDBSwouldbedirect-to-homesignals,orDTH.Thishasinitiallydistinguishedthetransmissionsdirectlyintendedforhomeviewersfromcabletelevisiondistributionservicesthatsometimescarriedonthesamesatellite.ThetermDTHpredatesDBSandisoftenusedinreferencetoservicescarriedbylowerpowersatel