高電子遷移率晶體管（HEMT，High Electron Mobility Transistor） ：

HEMT是一種異質結場效應晶體管（HFET），又稱為調制摻雜場效應晶體管（MODFET）、二維電子氣場效應晶體管（2-DEGFET）、選擇摻雜異質結晶體管 (SDHT)等。這種器件及其集成電路都能夠工作于超高頻（毫米波）、超高速領域，原因就在于它采用了異質結及其中的具有很高遷移率的所謂二維電子氣來工作的。

上世紀70年代采用MBE 和MOCVD就制備出了異質結。1978年Dingle等首先證實了在AlGaAs/GaAs調制摻雜異質結中存在高遷移率二維電子氣；然后于1980年，Mimura等、以及Delagebeaudeuf等研制出了HEMT。從此HEMT就很快地發展起來了，有可能在高速電路領域內替代MESFET。

HEMT的原理結構和能帶圖

（1）FET-IC實現超高頻、超高速的困難（提高載流子遷移率的重要性）

因為一般的場效應集成電路為了達到超高頻、超高速，必須要減短信號傳輸的延遲時間τd ∝ CL/(μnVm)和減小器件的開關能量(使IC不致因發熱而損壞)E = ( Pd τd )≈CLVm2/2，而這些要求在對邏輯電壓擺幅Vm的選取上是矛盾的，因此難以實現超高頻、超高速。 

解決此矛盾的一個辦法就是，首先適當降低邏輯電壓擺幅, 以適應IC穩定工作的需要，而要縮短τd 則主要是著眼于提高電子的遷移率μn，這就發展出了HEMT。

（2）HEMT的工作原理：

HEMT的基本結構就是一個調制摻雜異質結。在圖中示出了AlGaAs/GaAs異質結HEMT的結構和相應的能帶圖；在寬禁帶的AlGaAs層（控制層）中摻有施主雜質，在窄禁帶的GaAs層（溝道層）中不摻雜（即為本征層）。

這里AlGaAs/GaAs就是一個調制摻雜異質結，在其界面、本征半導體一邊處，就構成一個電子勢阱（近似為三角形），勢阱中的電子即為高遷移率的二維電子氣（2-DEG），因為電子在勢阱中不遭受電離雜質散射，則遷移率很高。這種2-DEG不僅遷移率很高，而且在極低溫度下也不“凍結”（即不復合，因為電子與雜質中心在空間上是分隔開的），則HEMT有很好的低溫性能, 可用于低溫研究工作 (如分數量子Hall效應) 中。異質結界面附近的另一層很薄的本征層（i-AlGaAs），是用于避免勢阱中2-DEG受到n-AlGaAs中電離雜質中心的影響，以進一步提高遷移率。 

HEMT是電壓控制器件，柵極電壓Vg可控制異質結勢阱的深度，則可控制勢阱中2-DEG的面密度，從而控制著器件的工作電流。對于GaAs體系的HEMT，通常其中的n-AlxGa1-xAs控制層應該是耗盡的 (厚度一般為數百nm, 摻雜濃度為107~108 /cm3)。若n-AlxGa1-xAs層厚度較大、摻雜濃度又高，則在Vg =0 時就存在有2-DEG, 為耗盡型器件，反之則為增強型器件( Vg=0時Schottky耗盡層即延伸到i-GaAs層內部)；但該層如果厚度過大、摻雜濃度過高, 則工作時就不能耗盡, 而且還將出現與S-D并聯的漏電電阻。總之，對于HEMT，主要是要控制好寬禁帶半導體層——控制層的摻雜濃度和厚度，特別是厚度。

在考慮HEMT中的2-DEG面密度Ns 時，通常只需要考慮異質結勢阱中的兩個二維子能帶( i = 0和1) 即可。2-DEG面電荷密度Ns將受到柵極電壓Vg的控制。

（3）HEMT的I-V特性和跨導：

①對于長溝道HEMT：

其中電子的漂移速度vd不飽和，而且與溝道電場E(y)有關，即有 vd= μE(y) 。則通過寬度是W的溝道的電流為IDS = q W Ns(y) μE(y)= Wμ[ε’ε0 / (d +Δd )]·[Vgs－VT－V(y)]·(dV(y)/dy)， 從源端積分到漏端( y = 0→L ), 就得到HEMT的I-V特性：

Ids = μ(W/L) [ε’εo/(d +Δd )]·[(Vgs－VT)Vds－(Vds2)/2]

相應地可求出HEMT的跨導為gm = μ(W/L) [ε’ε0 / (d +Δd )] Vds∝ Vds 。 

當Vds增加到Vdsat = Vgs－VT 時, 溝道夾斷, 即得到飽和電流：

Idsat = μ(W/L) [ε’ε0 / 2(d +Δd )] (Vgs－VT)2 

飽和時的跨導則為 gm sat = μ(W/L) [ε’ε0 / (d +Δd )] (Vgs－VT) 。

②對于短溝道（L ≈1μm）的HEMT：

漂移速度將飽和為vS，則飽和電流為 　                         IDSat = q Ns0 vS W = vS W [ε’ε0 / (d +Δd )] (Vgs－VT) ∝(Vgs－VT) 

并且飽和跨導與電壓無關： gm sat = vS W [ε’ε0 / (d +Δd )] 。

實際上, 對很短溝道的HEMT, 往往是高得多的瞬態漂移速度起著決定作用，從而有更高的飽和電流和飽和跨導。

（4）高極性半導體調制摻雜異質結的HEMT：

對于極性很大的半導體異質結，那么情況將有所不同。譬如n+-AlGaN/i-GaN調制摻雜異質結，由于其中的高遷移率2-DEG主要是由材料極化效應而產生出來的，因此，即使在AlGaN控制層中不摻雜，也能夠得到大量的2-DEG（可高達1013 cm-2），這時的2-DEG面密度將主要決定于極化效應的強度。 A,8,9,.0..76.kl 

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