HEMTまたは高電子移動度トランジスタは電界効果トランジスタ（FET）の種類、これは、マイクロ波周波数で低雑音指数と非常に高レベルのパフォーマンスの組み合わせを提供するために使用されます。これは、低ノイズアプリケーションを備えた高速、高周波、デジタル回路、およびマイクロ波回路にとって重要なデバイスです。これらのアプリケーションには、コンピューティング、電気通信、および計装が含まれます。また、このデバイスは、非常に高いRF周波数で高性能が要求されるRF設計でも使用されます。

高電子移動度トランジスタ（HEMT）の構造

HEMTを構築するために使用される重要な要素は、特殊なPN接合です。これはヘテロ接合として知られており、接合の両側で異なる材料を使用する接合で構成されています。の代わりに p-n接合、金属-半導体接合（逆バイアスショットキーバリア）が使用され、ショットキーバリアの単純さにより、製造により幾何公差を閉じることができます。

最も一般的な材料は、アルミニウムガリウム砒素（AlGaAs）とガリウム砒素（GaAs）を使用しました。ガリウム砒素は、Siよりも高い移動度とキャリアドリフト速度を持つ高レベルの基本的な電子移動度を提供するため、一般的に使用されます。

HEMTの概略断面図

次の手順によるHEMTの製造では、最初にガリウム砒素の真性層が半絶縁性ガリウム砒素層の上に置かれます。これはわずか約1ミクロンの厚さです。その後、30〜60オングストロームの真性アルミニウムガリウム砒素の非常に薄い層がこの層の上に置かれます。この層の主な目的は、ドープされたアルミニウムガリウム砒素領域からヘテロ接合界面を確実に分離することです。

これは、高い電子移動度を実現する場合に非常に重要です。下の図に示すように、厚さ約500オングストロームのアルミニウムガリウムヒ素のドープ層がこの上に配置されます。この層の正確な厚さが必要であり、この層の厚さを制御するには特別な技術が必要です。

自己整合イオン注入構造とリセスゲート構造の2つの主要な構造があります。自己整合イオン注入構造では、ゲート、ドレイン、およびソースが設定されており、ソースとドレインの接点がゲルマニウムでできている場合もありますが、通常は金属接点です。ゲートは一般的にチタン製で、GaAs-FETと同様の微細な逆バイアス接合を形成します。

リセスゲート構造の場合、n型ガリウム砒素の別の層を下に置いて、ドレインとソースの接触を可能にします。下の図に示すように、領域がエッチングされます。

FETのしきい値電圧は厚さのみによって決定されるため、ゲートの下の厚さも非常に重要です。ゲートのサイズ、したがってチャネルは非常に小さいです。高周波性能を維持するには、ゲートのサイズは通常0.25ミクロン以下である必要があります。

AlGaAsまたはGaAsHEMTとGaAsの構造を比較した断面図

HEMT操作

HEMTの動作は、他のタイプのFETとは少し異なり、その結果、標準の接合部よりもはるかに優れた性能を発揮することができます。 MOSFET 、特にマイクロ波RFアプリケーションで。 n型領域からの電子は結晶格子を通って移動し、多くはヘテロ接合の近くにとどまります。これらの電子は、上図（a）に示すように、1層だけの厚さの層にあり、2次元電子ガスとして形成されます。

この領域内では、他のドナー電子や電子が衝突する他のアイテムがなく、ガス中の電子の移動度が非常に高いため、電子は自由に移動できます。ショットキーバリアダイオードとして形成されたゲートに印加されるバイアス電圧は、2D電子ガスから形成されたチャネル内の電子数を変調するために使用され、これが連続してデバイスの導電率を制御します。チャネルの幅は、ゲートバイアス電圧によって変更できます。

HEMTのアプリケーション

HEMTは、以前は高速アプリケーション用に開発されました。ノイズ性能が低いため、最大60 GHzの周波数で動作する小信号増幅器、電力増幅器、発振器、およびミキサーで広く使用されています。
HEMTデバイスは、セルラー通信、直接放送受信機– DBS、電波天文学など、幅広いRF設計アプリケーションで使用されています。レーダー（無線検出および測距システム）主に、低ノイズ性能と超高周波動作の両方を必要とするRF設計アプリケーションで使用されます。
現在、HEMTはより一般的に組み込まれています集積回路。これらのモノリシックマイクロ波集積回路チップ（MMIC）は、RF設計アプリケーションに広く使用されています。

HEMTのさらなる開発は、PHEMT（Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor）です。 PHEMTは、ワイヤレス通信およびLNA（低ノイズアンプ）アプリケーションで広く使用されています。これらは、高出力の追加効率と優れた低雑音指数およびパフォーマンスを提供します。

したがって、これはすべてについてです高電子移動度トランジスタ（HEMT）構造、その操作およびアプリケーション。このトピックまたは電気および電子プロジェクトについて質問がある場合は、以下にコメントを残してください。