高电子迁移率晶体管.ppt

***************6高电子迁移率晶体管（HEMT）本章内容*1.HEMT的基本结构和工作原理2.HEMT基本特性3.赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)4.HEMT应用领域6.1HEMT的基本结构和工作原理*HEMT的基本结构就是一个调制掺杂异质结，在图中示出了AlGaAs/GaAs异质结HEMT的结构；在宽禁带的AlGaAs层（控制层）中掺有施主杂质，在窄禁带的GaAs层（沟道层）中不掺杂（即为本征层）AlGaAs层通常称为控制层，它和金属栅极形成肖特基势垒结，和GaAs层形成异质结01HEMT的基本结构026.1HEMT的基本结构和工作原理*这里AlGaAs/GaAs就是一个调制掺杂异质结，在其界面、本征半导体一边处，就构成一个电子势阱（近似为三角形），势阱中的电子即为高迁移率的二维电子气（2-DEG），因为电子在势阱中不遭受电离杂质散射，则迁移率很高。这种2-DEG不仅迁移率很高，而且在极低温度下也不“冻结”（即不复合，因为电子与杂质中心在空间上是分隔开的），则HEMT有很好的低温性能,可用于低温研究工作(如分数量子Hall效应)中。异质结界面附近的另一层很薄的本征层（i-AlGaAs），是用于避免势阱中2-DEG受到n-AlGaAs中电离杂质中心的影响，以进一步提高迁移率。123HEMT的基本结构和工作原理HMET的能带图：AlGaAs的禁带宽度比GaAs大，所以它们形成异质结时，导带边不连续，AlGaAs的导带边比GaAs的高实际上就是前者的电子亲和能比后者的小，结果电子从AlGaAs向GaAs中转移，在GaAs表面形成近似三角形的电子势阱HEMT的基本结构和工作原理对于GaAs体系的HEMT，通常其中的n-AlxGa1-xAs控制层应该是耗尽的(厚度一般为数百nm,掺杂浓度为~/cm3)。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(Vg=0时Schottky耗尽层即延伸到i-GaAs层内部)；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。总之，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的基本结构和工作原理HEMT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HEMT是利用具有很高迁移率的所谓二维电子气来导电的。126.2HEMT的基本特性*1、电荷与电压的关系:金属接触的势垒高度：所加栅压：异质结材料导带边的能量差：2DEG的费米势：控制层的介电常数6.2HEMT的基本特性*2、电流与电压的关系1.长沟道：沟道电流为：此时，跨导为当增加到时,沟道夹断,即得到饱和电流：此时跨导为6.2HEMT的基本特性*电流与电压的关系短沟道（L≈1μm）：沟道电流为：电流饱和区的跨导为6.2HEMT的基本特性HMET的特点：*BDAC非常高的截止频率fT；短沟道效应较小；非常高的工作速度；噪声性能好6.3赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)PHEMT(PseudomorphicHEMT)即赝配高电子迁移率晶体管。其主要结构特点是用非掺杂的InGaAs层代替普通的HEMT中的非掺杂GaAs层作为2DEG沟道层；形成n-AlGaAs/i-InGaAs/i-GaAs的核心结构。PHEMT的基本结构以及其能带图***************