HEMT أو ترانزستور التنقل العالي للإلكترون هو نوع ترانزستور تأثير المجال (FET) ، يتم استخدامه لتقديم مزيج من عامل الضوضاء المنخفض ومستويات عالية جدًا من الأداء عند ترددات الميكروويف. هذا جهاز مهم للدوائر الرقمية عالية السرعة والترددات العالية ودوائر الميكروويف مع تطبيقات منخفضة الضوضاء. تشمل هذه التطبيقات الحوسبة والاتصالات السلكية واللاسلكية والأجهزة. والجهاز يستخدم أيضًا في تصميم الترددات اللاسلكية ، حيث يتطلب الأداء العالي بترددات ترددات لاسلكية عالية جدًا.
ترانزستور عالي الحركة للإلكترون (HEMT)
العنصر الأساسي الذي يتم استخدامه لبناء HEMT هو تقاطع PN المتخصص. يُعرف باسم تقاطع غير متجانس ويتكون من تقاطع يستخدم مواد مختلفة على جانبي التقاطع. بدلا من ال السندات الإذنية تقاطع ، يتم استخدام تقاطع شبه موصل معدني (حاجز شوتكي المنحاز العكسي) ، حيث تسمح بساطة حواجز شوتكي بالتصنيع لإغلاق التفاوتات الهندسية.
أكثر المواد المستخدمة شيوعًا هي أرسينيد الألومنيوم والجاليوم (AlGaAs) وأرسينيد الغاليوم (GaAs). يستخدم زرنيخيد الغاليوم بشكل عام لأنه يوفر مستوى عالٍ من التنقل الأساسي للإلكترون والذي يتمتع بقدرة أعلى على الحركة وسرعات انجراف الناقل مقارنةً بـ Si.
مقطع عرضي تخطيطي لـ HEMT
يتم تصنيع HEMT على النحو التالي ، أولاً يتم وضع طبقة جوهرية من زرنيخيد الغاليوم على طبقة أرسينيد الغاليوم شبه العازلة. هذا هو فقط حوالي 1 ميكرون سميكة. بعد ذلك ، يتم وضع طبقة رقيقة جدًا بين 30 و 60 أنجستروم من أرسينيد الألومنيوم الجاليوم الجوهري فوق هذه الطبقة. الغرض الرئيسي من هذه الطبقة هو ضمان فصل واجهة الوصلة غير المتجانسة عن منطقة الألمنيوم الغاليوم المخدر.
هذا أمر بالغ الأهمية إذا أردنا تحقيق تنقل الإلكترون العالي. تم وضع الطبقة المخدرة من أرسينيد الألومنيوم جاليوم والتي تبلغ سماكتها حوالي 500 أنجستروم فوق هذا كما هو موضح في الرسوم البيانية أدناه. السماكة الدقيقة لهذه الطبقة مطلوبة وتقنيات خاصة مطلوبة للتحكم في سمك هذه الطبقة.
هناك نوعان من الهياكل الرئيسية التي هي هيكل الأيونات المزروع ذاتيًا وهيكل بوابة العطلة. في الهيكل المزروع الأيوني المحاذي ذاتيًا ، يتم ضبط البوابة والصرف والمصدر وتكون بشكل عام جهات اتصال معدنية ، على الرغم من أن جهات الاتصال المصدر والصرف قد تكون في بعض الأحيان مصنوعة من الجرمانيوم. تتكون البوابة عمومًا من التيتانيوم ، وتشكل تقاطعًا منحازًا عكسيًا دقيقًا مشابهًا لتلك الموجودة في GaAs-FET.
بالنسبة لهيكل بوابة العطلة ، يتم تعيين طبقة أخرى من نوع Gallium Arsenide من النوع n لتمكين إجراء اتصالات الصرف والمصدر. المناطق محفورة كما هو موضح في الرسم البياني أدناه.
تعتبر السماكة الموجودة أسفل البوابة بالغة الأهمية أيضًا حيث يتم تحديد جهد عتبة FET بالسمك فقط. حجم البوابة ، وبالتالي القناة صغيرة جدا. للحفاظ على أداء عالي التردد ، يجب أن يكون حجم البوابة عادة 0.25 ميكرون أو أقل.
المخططات المقطعية التي تقارن بين هياكل AlGaAs أو GaAs HEMT و GaAs
عملية HEMT
يختلف تشغيل HEMT قليلاً عن الأنواع الأخرى من FET ونتيجة لذلك ، فهو قادر على تقديم أداء محسن للغاية عبر التقاطع القياسي أو موس فيتس وخاصة في تطبيقات ترددات الموجات الصغرية. تتحرك الإلكترونات من المنطقة من النوع n عبر الشبكة البلورية ويظل العديد منها قريبًا من الوصلة غير المتجانسة. هذه الإلكترونات في طبقة بسماكة طبقة واحدة فقط ، وتشكل غاز إلكترون ثنائي الأبعاد كما هو موضح في الشكل أعلاه (أ).
داخل هذه المنطقة ، تكون الإلكترونات قادرة على التحرك بحرية ، لأنه لا توجد إلكترونات مانحة أخرى أو عناصر أخرى ستصطدم بها الإلكترونات وتكون حركة الإلكترونات في الغاز عالية جدًا. يتم استخدام جهد التحيز المطبق على البوابة المتكونة كصمام ثنائي حاجز شوتكي لتعديل عدد الإلكترونات في القناة المتكونة من غاز الإلكترون ثنائي الأبعاد ويتحكم هذا على التوالي في توصيل الجهاز. يمكن تغيير عرض القناة بواسطة جهد انحياز البوابة.
تطبيقات HEMT
- تم تطوير HEMT سابقًا للتطبيقات عالية السرعة. نظرًا لأدائها المنخفض الضوضاء ، فهي تستخدم على نطاق واسع في مكبرات الصوت الصغيرة ومضخمات الطاقة والمذبذبات والخلاطات التي تعمل على ترددات تصل إلى 60 جيجاهرتز.
- تُستخدم أجهزة HEMT في مجموعة واسعة من تطبيقات تصميم الترددات الراديوية بما في ذلك الاتصالات الخلوية وأجهزة استقبال البث المباشر - DBS وعلم الفلك الراديوي ، RADAR (نظام الكشف عن الراديو وتحديد المدى) ويستخدم بشكل رئيسي في أي تطبيق تصميم RF يتطلب أداء منخفض الضوضاء وعمليات عالية التردد للغاية.
- في الوقت الحاضر ، يتم عادةً دمج HEMTs في دوائر متكاملة . تستخدم رقائق الدوائر المتكاملة المتجانسة (MMIC) على نطاق واسع لتطبيقات تصميم الترددات اللاسلكية
هناك تطوير آخر لـ HEMT هو PHEMT (ترانزستور Pseudomorphic High Electron Mobility Transistor). تستخدم PHEMT على نطاق واسع في الاتصالات اللاسلكية وتطبيقات LNA (مضخم منخفض الضوضاء). أنها توفر كفاءات عالية الطاقة المضافة وأرقام وأداء منخفضة الضوضاء ممتازة.
وبالتالي ، هذا كل شيء عن ترانزستور عالي الحركة للإلكترون (HEMT) البناء وتشغيله وتطبيقاته. إذا كان لديك أي استفسارات حول هذا الموضوع أو حول المشاريع الكهربائية والإلكترونية ، فاترك التعليقات أدناه.
