PHEMT
高电子迁移率晶体管的一种改进结构EMT
PHEMT是对高电子迁移率晶体管(HEMT)的一种改进结构,也称为赝调制掺杂异质结场效应晶体管(PMODFET)。
缺点
虽然普通结构的HEMT具有很好的高频、高速性能,但是也存在有一个很大的问题,那就是其性能的温度稳定性较差。经过研究发现,这与n-AlxGa1-xAs中出现的一种陷阱——“DX中心”有关。这种DX中心能俘获或放出电子,使得HEMT中的二维电子气(2-DEG)浓度将随温度而变化,从而导致HEMT的阈值电压不稳定,特别是在低温下,由于DX中心存储电子的作用较强,可造成HEMT的I-V特性崩塌。
实验表明,对掺Si的n-AlxGa1-xAs,在组分x < 0.2时,基本上不产生DX中心;相反,在组分x≥0.2时则产生高浓度的DX中心。然而,对于常规HEMT中的n-AlxGa1-xAs控制层层,为了获得一定的势阱深度和2-DEG浓度,通常选取x=0.3,故必然存在有DX中心的不良影响。如何消除DX中心的影响? ——这就发展出所谓PHEMT(Pseudomorphic HEMT)。
基本结构
PHEMT的基本器件结构是n+-AlxGa1-xAs/i-InGaAs/i–GaAs型式,这里采用了不掺杂的i–InGaAs层作为沟道层,相应的能带配置状况如图所示。因为InGaAs的禁带宽度较窄,则在异质结n+-AlxGa1-xAs/i-InGaAs界面处形成的势阱深度(ΔEc)较大,所以这时就可以适当降低n+-AlxGa1-xAs控制层的组分x(使得x < 0.2),以避免出现DX中心;例如选取x=0.15时,可得到ΔEc≈0.3eV。可见,采用n+-AlxGa1-xAs/i-InGaAs这种调制掺杂异质结,即可消除DX中心的影响,并能够获得足够稳定而良好的器件性能。
性能优点
在PHEMT的结构中还有一个i-InGaAs/i–GaAs异质结,该异质结的势垒高度(导带底的能量差)约为0.17eV;这样,就使得i-InGaAs沟道层成为了一个量子阱(底部倾斜的量子阱),2-DEG即处于其中。因此,PHEMT中的2-DEG要比普通HEMT中的多受到一些限制(有势阱两边的双重限制作用),从而具有更高的电子面密度(约高2倍);同时,这里的电子迁移率也较高(比GaAs中的高9 %),因此PHEMT的性能更加优越。总之PHEMT具有双异质结的结构,这不仅提高了器件阈值电压的温度稳定性,而且也改善了器件的输出伏安特性,使得器件具有更大的输出电阻、更高的跨导、更大的电流处理能力以及更高的工作频率、更低的噪声等。
在制作PHEMT时,为了克服InGaAs/GaAs异质结界面的因晶格失配(约为1%)而产生的应力的影响,一般是把InGaAs层生长得很薄(厚度约为20nm),让其中的晶格存在有畸变,以吸收它与GaAs层之间的因晶格失配而产生的应力。这种存在有晶格畸变的薄膜称为赝晶膜。并因此也就称这种HEMT为赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)。
参考资料
最新修订时间:2024-05-25 01:35
目录
概述
缺点
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