HEMT（High Electron Mobility Transistor），高電子遷移率晶體管。這是一種異質(zhì)結(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管，又稱為調(diào)制摻雜場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MODFET）、二維電子氣場(chǎng)效應(yīng)晶體管（2-DEGFET）、選擇摻雜異質(zhì)結(jié)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(lǐng)域，原因就在于它是利用具有很高遷移率的所謂二維電子氣來(lái)工作的。

因?yàn)橐话愕膱?chǎng)效應(yīng)集成電路為了達(dá)到超高頻、超高速，必須要減短信號(hào)傳輸?shù)难舆t時(shí)間τd∝ CL/(μnVm)和減小器件的開關(guān)能量(使IC不致因發(fā)熱而損壞)E = ( Pd τd )≈CLVm2/2，而這些要求在對(duì)邏輯電壓擺幅Vm的選取上是矛盾的，因此難以實(shí)現(xiàn)超高頻、超高速；解決的一個(gè)辦法就是，首先適當(dāng)降低邏輯電壓擺幅,以適應(yīng)IC穩(wěn)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(fā)展出了HEMT。

HEMT的基本結(jié)構(gòu)就是一個(gè)調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)。高遷移率的二維電子氣（2-DEG）存在于調(diào)制摻雜的異質(zhì)結(jié)中，這種2-DEG不僅遷移率很高，而且在極低溫度下也不“凍結(jié)”，則HEMT有很好的低溫性能, 可用于低溫研究工作 (如分?jǐn)?shù)量子Hall效應(yīng))中。

HEMT是電壓控制器件，柵極電壓Vg可控制異質(zhì)結(jié)勢(shì)阱的深度，則可控制勢(shì)阱中2-DEG的面密度，從而控制著器件的工作電流。對(duì)于GaAs體系的HEMT，通常其中的n-AlxGa1-xAs控制層應(yīng)該是耗盡的 (厚度一般為數(shù)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(shí)就存在有2-DEG,為耗盡型器件，反之則為增強(qiáng)型器件( Vg=0時(shí)Schottky耗盡層即延伸到i-GaAs層內(nèi)部)；但該層如果厚度過(guò)大、摻雜濃度過(guò)高,則工作時(shí)就不能耗盡,而且還將出現(xiàn)與S-D并聯(lián)的漏電電阻。總之，對(duì)于HEMT，主要是要控制好寬禁帶半導(dǎo)體層——控制層的摻雜濃度和厚度，特別是厚度。

①對(duì)于長(zhǎng)溝道HEMT，其中電子的漂移速度vd不飽和，而且與溝道電場(chǎng)E(y)有關(guān)，即有 vd= μE(y)。則通過(guò)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(yīng)地可求出HEMT的跨導(dǎo)為gm = μ(W/L) [ε’ε0 / (d +Δd )] Vds∝ Vds。

當(dāng)Vds增加到Vdsat = Vgs－VT時(shí),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(shí)的跨導(dǎo)則為 gm sat = μ(W/L) [ε’ε0 / (d +Δd )] (Vgs－VT)。

②對(duì)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(dǎo)與電壓無(wú)關(guān)： gm sat = vS W [ε’ε0 / (d +Δd )]。

實(shí)際上,對(duì)很短溝道的HEMT,往往是高得多的瞬態(tài)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(dǎo)。

對(duì)于極性很大的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)，那么情況將有所不同。譬如n+-AlGaN/i-GaN調(diào)制摻雜異質(zhì)結(jié)，由于其中的高遷移率2-DEG主要是由極化效應(yīng)而產(chǎn)生出來(lái)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(dá)1013cm），這時(shí)的2-DEG面密度將主要決定于極化效應(yīng)的強(qiáng)度.

審核編輯：湯梓紅