ترانزیستور اثر میدانی با تحرک الکترون بالا (High-Electron-Mobility Transistor - HEMT)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع ترانزیستورها (Transistor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
ترانزیستور اثر میدانی با تحرک الکترون بالا (High-Electron-Mobility Transistor - HEMT) :
HEMT (ترانزیستور با تحرک الکترون بالا) یک ترانزیستور اثر میدانی است که از پیوند ناهمسان (Heterojunction) بین دو نیمه هادی با گاف انرژی متفاوت (مانند AlGaAs/GaAs یا AlGaN/GaN) استفاده می کند. در این ساختار، یک لایه نازک از ماده با گاف بزرگتر (AlGaAs) روی ماده با گاف کوچکتر (GaAs) رشد داده می شود. به دلیل ناپیوستگی نوار رسانش، الکترون ها از لایه AlGaAs به سمت GaAs حرکت کرده و در یک لایه بسیار نازک (حدود ۱۰ نانومتر) در سمت GaAs تجمع می یابند که به آن "گاز الکترونی دوبعدی" (2DEG) می گویند.
مزیت بزرگ HEMT این است که الکترون ها در 2DEG از ناحیه ناخالصی (که در AlGaAs باقی مانده) جدا هستند، بنابراین با یون های ناخالصی پراکنده نمی شوند. این امر باعث می شود تحرک الکترون بسیار بالا باشد (چند برابر تحرک در سیلیکون). همچنین سرعت اشباع الکترون ها بالا است. در نتیجه HEMTها برای فرکانس های بسیار بالا (تا تراهرتز) و نویز پایین ایده آل هستند.
\[ \mu_n \approx 8000\text{–}10000\,\text{cm}^2/\text{V·s} \quad \text{(در GaAs HEMT)} \]کاربردهای HEMT: تقویت کننده های کم نویز (LNA) در گیرنده های ماهواره ای، تلفن های همراه، رادار، و مخابرات نوری. HEMTهای مبتنی بر GaN نیز برای توان بالا در فرکانس های مایکروویو (مثل تقویت کننده های توان در ایستگاه های پایه) استفاده می شوند. معروف ترین نمونه ها: HEMTهای GaAs مانند سری ATF، و HEMTهای GaN مانند CGH40010.
HEMTها معمولا حالت کاهشی (Depletion-mode) هستند، یعنی با
\[ V_{GS}=0 \]روشنند. برای خاموش کردن باید ولتاژ منفی به گیت اعمال کرد. اما نوع Enhancement-mode نیز ساخته شده است. چالش های اصلی: قابلیت اطمینان، trapping effects، و هزینه ساخت بالا.
