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HEMT⾼电⼦迁移率晶体管第五章⾼电⼦迁移率晶体管5.1 HEMT的基本结构和⼯作原理5.2 HEMT基本特性5.3 赝⾼电⼦迁移率晶体管5.1 HEMT的基本结构和⼯作原理⾼电⼦迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistor ，HEMT），也称为2－DEG场效应晶体管；因⽤的是调制掺杂的材料，所以⼜称为调制掺杂场效应管。
1978年R.Dingle 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。
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。
传讯速度的关键在于电⼦移动速率快慢，HEMT中的电⼦迁移率很⾼，因此器件的跨导⼤、截⽌频率⾼、噪声低、开关速度快。
2作为低噪声应⽤的HEMT已经历了三代变化，低噪声性能⼀代⽐⼀代优异：第⼀代：AlGaAs/GaAs HEMT，12GHz下，NF为0.3dB，增益为16.7dB。
第⼆代：AlGaAs/InGaAs/GaAs HEMT (PHEMT赝⾼电⼦迁移率晶体管)，40GHz下，NF为1.1dB；60GHz下，NF为1.6dB；94GHz下，NF为2.1dB。
第三代：InP基HEMT，40GHz下，NF为0.55dB；60GHz下，NF为0.8dB；95GHz下，NF为1.3dB。
AlGaAs/GaAs HEMT的基本结构制作⼯序：在半绝缘GaAs衬底上⽣长GaAs缓冲层（约0.5µm）→⾼纯GaAs层（约60nm）→n型AlGaAs层（约60nm）→n型GaAs层（厚约50nm）→台⾯腐蚀隔离有源区→制作Au/Ge合⾦的源、漏欧姆接触电极→⼲法选择腐蚀去除栅极位置n型GaAs层→淀积Ti/Pt/Au栅电极。
图5-1 GaAs HEMT基本结构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。
pgan hemt原理
PGAN HEMT（Pseudomorphic High-Electron-Mobility Transistor）是一种半导体器件，属于高电子迁移率场效应晶体管（HEMT）的一种。
PGAN HEMT是一种异质结构的器件，通常在GaAs材料上实现。
以下是PGAN HEMT的基本原理：
1. 异质结构： PGAN HEMT的核心特点是其异质结构。
它通常由GaAs（镓砷化物）材料构成，其中包括镓铝氮化镓（GaN/AlGaN）异质结。
这种异质结构在晶体中引入了一个电子气层，提供了较高的电子迁移率。
2. 电子气层：在GaN/AlGaN异质结构中，AlGaN层的带隙较大，而GaN层的带隙较小。
在这两层之间形成了一个电子气层，其中电子迁移率较高。
这使得PGAN HEMT在高频应用中表现出色。
3. 电子输运：电子在GaN层内运输，而AlGaN层则在电子的输运方向上形成势垒，形成电子气层。
这种结构有助于提高电子的迁移率和载流子浓度，提高器件的性能。
4. 高电子迁移率：由于电子气层的存在，PGAN HEMT具有比传统HEMT更高的电子迁移率。
高电子迁移率有助于提高器件的频率响应和工作速度。
5. 应用： PGAN HEMT广泛用于射频（RF）和微波应用，如通信设备、雷达系统等。
由于其高电子迁移率和良好的高频特性，PGAN HEMT在这些领域中能够提供卓越的性能。
需要注意的是，PGAN HEMT的设计和制造可能涉及到复杂的材料工程和微纳米加工技术。
对于详细的电子输运、能带结构等具体原理，更深入的了解可能需要深入研究相关文献或专业领域的教材。
hemt双层栅介质阈值电压Hemt双层栅介质阈值电压是指高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistor，HEMT）中双层栅介质的阈值电压。
HEMT是一种半导体器件，由两层半导体材料（通常是GaAs和AlGaAs）组成。
其中，双层栅介质是指在HEMT的栅极和沟道之间的绝缘层，用于控制沟道中的电子流。
双层栅介质的阈值电压是指施加在栅极上的电压，使得沟道中的电子开始流动的电压。
在HEMT中，双层栅介质通常由氧化物（如Al2O3）和氮化物（如GaN）组成。
这种双层结构可以提高器件的性能，如降低漏电流和增加迁移率。
在HEMT中，双层栅介质的阈值电压可以通过不同的方法进行调控。
一种常用的方法是改变栅极材料的厚度或组分，以改变栅极与沟道之间的电场强度。
另一种方法是通过改变栅极材料的处理条件，如温度和气氛，来调控栅极材料的性质。
研究表明，双层栅介质的阈值电压对HEMT的性能有重要影响。
较低的阈值电压可以提高器件的开关速度和增益，而较高的阈值电压可以降低漏电流和改善器件的稳定性。
因此，精确调控双层栅介质的阈值电压对于HEMT的设计和优化非常重要。
目前，研究人员已经提出了许多方法来实现对双层栅介质阈值电压的精确调控。
例如，可以使用原子层沉积技术来制备双层栅介质，以实现原子级的控制。
此外，还可以通过改变栅极材料的组分和结构，如引入掺杂或控制晶格应变，来调控阈值电压。
总之，双层栅介质阈值电压是HEMT中一个重要的参数，对器件性能有重要影响。
研究人员正在不断探索新的方法和技术，以实现对双层栅介质阈值电压的精确调控，以进一步改进HEMT的性能和应用。
《AlGaN-GaN MOS(MIS)HEMT中电子迁移率及Ⅰ-Ⅴ输出特性》篇一AlGaN-GaN MOS(MIS)HEMT中电子迁移率及Ⅰ-Ⅴ输出特性一、引言随着半导体技术的不断发展，AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管（HEMT）已成为射频和微波电路的重要元件。
在HEMT器件中，电子迁移率以及电流-电压（I-V）输出特性是评估其性能的关键参数。
本文将重点研究AlGaN/GaN金属绝缘体半导体高电子迁移率晶体管（MIS-HEMT）的电子迁移率及其I-V输出特性，以期为相关研究与应用提供理论支持。
二、AlGaN/GaN MIS-HEMT结构与工作原理AlGaN/GaN MIS-HEMT是一种利用二维电子气（2DEG）工作的晶体管，其结构主要由AlGaN/GaN层、栅极绝缘层以及源漏电极等部分组成。
在电场作用下，AlGaN/GaN界面处产生2DEG，从而形成导电通道，实现电流的传输。
三、电子迁移率的研究电子迁移率是衡量半导体材料中电子运动能力的重要参数，直接影响着器件的导电性能。
在AlGaN/GaN MIS-HEMT中，电子迁移率受到材料质量、界面态密度、温度等多种因素的影响。
首先，材料质量对电子迁移率的影响至关重要。
高质量的AlGaN/GaN材料具有较低的缺陷密度和较高的载流子浓度，从而使得电子迁移率得以提高。
其次，界面态密度也会对电子迁移率产生影响。
界面处存在过多的陷阱态会散射电子，降低其迁移率。
此外，温度也是影响电子迁移率的重要因素。
随着温度的升高，电子的热运动加剧，使得迁移率降低。
四、I-V输出特性的研究I-V输出特性是描述器件电流与电压关系的曲线，反映了器件的导电性能和稳定性。
在AlGaN/GaN MIS-HEMT中，I-V输出特性受到栅极电压、源漏电压以及器件结构等因素的影响。
首先，栅极电压对I-V输出特性具有显著影响。
当栅极电压增大时，2DEG的密度增加，导致电流增大。
其次，源漏电压的变化也会引起I-V特性的变化。
第五章高电子迁移率晶体管5.1 HEMT的基本结构和工作原理5.2 HEMT基本特性5.3 赝高电子迁移率晶体管5.1 HEMT的基本结构和工作原理高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistor ，HEMT），也称为2－DEG场效应晶体管；因用的是调制掺杂的材料，所以又称为调制掺杂场效应管。
1978年R.Dingle 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。
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。
传讯速度的关键在于电子移动速率快慢，HEMT中的电子迁移率很高，因此器件的跨导大、截止频率高、噪声低、开关速度快。
表5-1 几种场效应晶体管中电子迁移率对比(单位：cm2/V.s)器件300K 77KHEMT 8000 54000GaAs MESFET 4800 6200Si MESFET 630 1500作为低噪声应用的HEMT已经历了三代变化，低噪声性能一代比一代优异：第一代：AlGaAs/GaAs HEMT，12GHz下，NF为0.3dB，增益为16.7dB。
第二代：AlGaAs/InGaAs/GaAs HEMT (PHEMT赝高电子迁移率晶体管)，40GHz下，NF为1.1dB；60GHz下，NF为1.6dB；94GHz下，NF为2.1dB。
第三代：InP基HEMT，40GHz下，NF为0.55dB；60GHz下，NF为0.8dB；95GHz下，NF为1.3dB。
AlGaAs/GaAs HEMT的基本结构制作工序：在半绝缘GaAs衬底上生长GaAs缓冲层（约0.5μm）→高纯GaAs层（约60nm）→n型AlGaAs层（约60nm）→n型GaAs层（厚约50nm）→台面腐蚀隔离有源区→制作Au/Ge合金的源、漏欧姆接触电极→干法选择腐蚀去除栅极位置n型GaAs层→淀积Ti/Pt/Au栅电极。
高电子迁移率晶体管（HEMT）高电子迁移率晶体管（HEMT，High Electron Mobility Transistor）：HEMT是一种异质结场效应晶体管（HFET），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，原因就在于它采用了异质结及其中的具有很高迁移率的所谓二维电子气来工作的。
上世纪70年代采用MBE 和MOCVD就制备出了异质结。
1978年Dingle等首先证实了在AlGaAs/GaAs调制掺杂异质结中存在高迁移率二维电子气；然后于1980年，Mimura等、以及Delagebeaudeuf等研制出了HEMT。
从此HEMT就很快地发展起来了，有可能在高速电路领域内替代MESFET。
HEMT的原理结构和能带图（1）FET-IC实现超高频、超高速的困难（提高载流子迁移率的重要性）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。
解决此矛盾的一个办法就是，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。
（2）HEMT的工作原理：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的结构和相应的能带图；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）。
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。
hemt 指标
HEMT（High Electron Mobility Transistor，高电子饱和迁移率晶体管）的指标主要包括以下几个方面：
1. 最大漏极电流（Idmax）：指HEMT能承受的最大漏极电流。
大的Idmax意味着HEMT能够提供更大的功率。
2. 饱和漏极导通电压（Vdsat）：指HEMT在饱和区漏极-源极电压。
较低的Vdsat表示更低的功耗和更高的效率。
3. 阈值电压（Vth）：指HEMT的门极电压，用于控制漏极电流。
较低的Vth意味着HEMT可以在更低的门极电压下工作。
4. 迁移率（µ）：指电荷在半导体中的移动速率。
高的迁移率意味着HEMT可以提供更好的高频性能和更快的开关速度。
此外，GaN HEMT器件性能的评估，一般包含静态参数测试（I-V 测试）、频率特性（小信号S参数测试）、功率特性（Load-Pull测试）。
静态参数，也被称作直流参数，是用来评估半导体器件性能的基础测试，也是器件使用的重要依据。
以阈值电压Vgs(th)为例，其值的大小对研发人员设计器件的驱动电路具有重要的指导意义。
