高电子迁移率晶体管

高电子迁移率晶体管（HEMT，High Electron Mobility Transistor）是一种基于异质结（Heterojunction） 设计的场效应晶体管，具有高电子迁移率，因此表现出优异的性能。

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1. 高迁移率的来源：空间分离的供体与载流子通道

• 载流子通道与供体分离：
  在 HEMT 中，载流子（主要是电子）位于高质量的沟道材料（如 $p$-GaAs），而供体杂质位于不同材料中（如 $n$-AlGaAs）。这种结构形成了异质结，使得供体离子与载流子空间分离，从而减少了载流子受到的散射。

  原理解释：

  • 在传统半导体中，供体离子（带正电）会引起库仑散射，降低电子的迁移率。
  • 在 HEMT 中，由于载流子被局限在异质结界面形成的二维电子气 (2DEG) 中，而供体离子远离这个通道区域，因此库仑散射显著减少。

  结果：

  • 电子的平均自由路径增加。
  • 迁移率提高，载流子运动速度加快，器件性能提升。

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2. 通过优化载流子密度、空间层厚度或栅极与沟道的距离来控制增益

• 载流子密度（Carrier Density）：

  • 在 HEMT 中，载流子密度可以通过改变供体浓度和势垒层厚度来调节。
  • 更高的载流子密度有助于提高沟道的导电性和器件的输出性能，但过高的密度可能导致散射增加，因此需要优化。

• 空间层厚度（Space Layer Thickness）：

  • 空间层是异质结中位于供体杂质层和二维电子气之间的区域。
  • 通过调节空间层的厚度，可以控制供体离子和载流子之间的距离，进一步减少散射。
  • 较厚的空间层可以有效隔离离子散射，但厚度过大会降低电场控制能力。
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