半导体器件物理专题 -HEMT.ppt

HEMT （High Electron Mobility Transistor) 高电子迁移率晶体管 小组成员 制作PPT 收集资料 HEMT简介 HEMT的应用方向 HEMT的发明 两种类型的HEMT 介绍内容 一.HEMT简介 HEMT，高电子迁移率晶体管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。 一.HEMT简介 一般说来HEMT的发明是归功于日本人Takashi Mimura (三村 高志) (Fujitsu, Japan)。 而在美国, Ray Dingle 和他的同事们在贝尔实验室（ Bell Laboratories ）首次在MBE（分子束外延）生长的调制掺杂GaAs/AlGaAs超晶格中观察到了相当高的电子迁移率，为HEMT的发明做出了巨大贡献。在欧洲，来自Thomson-CSF (France)现为Thales Group的 Daniel Delagebeaudeuf 和 Trong Linh Nuyen在 1979年3月28日为一个他们设计的HEMT设备申请了专利。 1980年日本富士通公司的三村研制出了HEMT，上世纪80年代HEMT成功的应用于微波低噪声放大，并在高速数字IC方面取得了明显得进展。 HEMT的发明 二.两种体系的HEMT 以 GaAs 或者 GaN 制备的高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistors）以及赝配高电子迁移率晶体管（Pseudo orphic HEMT）被普遍认为是最有发展前途的高速电子器件之一。由于此类器件所具有超高速、低功耗、低噪声的特点(尤其在低温下)，极大地满足超高速计算机及信号处理、卫星通信等用途上的特殊需求，故而 HEMT 器件受到广泛的重视。作为新一代微波及毫米波器件,HEMT 器件无论是在频率、增益还是在效率方面都表现出无与伦比的优势. 经过 10 多年的发展,HEMT 已经具备了优异的微波、毫米波特性,已成为 2～100 GHz 的卫星通信、射电天文、电子战等领域中的微波毫米波低噪声放大器的主要器件。同时他也是用来制作微波混频器、振荡器和宽带行波放大器的核心部件。 制作工序： 1.在半绝缘GaAs衬底上生长GaAs缓冲层（约0.5μm） 2.高纯GaAs层（约60nm） 3. n型AlGaAs（铝镓砷）层（约60nm） 4. n型GaAs层（厚约50nm） 5.台面腐蚀隔离有源区 6.制作Au/Ge合金的源、漏欧姆接触电极 7.干法选择腐蚀去除栅极位置n型GaAs层 8.淀积Ti/Pt/Au栅电极。 1.GaAs体系HEMT 图 1 GaAs HEMT基本结构 图2 GaAs HEMT中2-DEG HEMT是通过栅极下面的肖特基势垒来控制GaAs/AlGaAs异质结中的2－DEG的浓度实现控制电流的。栅电压可以改变三角形势阱的深度和宽度，从而可以改变2－DEG的浓度，所以能控制HEMT的漏极电流。由于2－DEG与处在AlGaAs层中的杂质中心在空间上是分离的，则不受电离杂质散射的影响，所以迁移率很高。 1.GaAs体系HEMT 在低温下HEMT的特性将发生退化，主要是由于n-AlGaAs层存在一种所谓DX中心的陷阱，它能俘获和放出电子，使得2-DEG浓度随温度而改变，导致阈值电压不稳定。实验表明：对掺硅的AlxGa1－xAs，当x0.2基本不产生DX中心，反之则会出现高浓度的DX中心。对于HEMT中的n－AlGaAs层，为了得到较高的能带突变通常取x=0.3，必然会有DX中心的影响。 为了解决这个问题，1985年Maselink采用非掺杂的InGaAs代替非掺杂的GaAs作为2－DEG的沟道材料制成了赝高电子迁移率晶体管PHEMT。 1.GaAs体系HEMT InGaAs层厚度约为20nm，能吸收由于GaAs和InGaAs之间的晶格失配（约为1％）而产生的应力，在此应力作用下，InGaAs的晶格将被压缩，使其晶格常数大致与GaAs与AlGaAs的相匹配，成为赝晶层。因为InGaAs薄层是一层赝晶层且在HEMT中起着 i –GaAs层的作用，所以成为“赝”层，这种HEMT也就相应地成为赝HEMT。 1.GaAs体系HEMT 图3 GaN HEMT 基本结构 1.GaAs体系HEMT PHEMT较之常规HEMT的优点：