Un transistor de alta movilidad de electrones ( HEMT ), también conocido como heteroestructura FET ( HFET ) o FET dopado con modulación ( MODFET ), es un transistor de efecto de campo que incorpora una unión entre dos materiales con diferentes intervalos de banda (es decir, una heterounión ) como el canal en lugar de una región dopada (como suele ser el caso de un MOSFET ). Una combinación de materiales comúnmente utilizada es GaAs con AlGaAs , aunque existe una amplia variación, dependiendo de la aplicación del dispositivo. Dispositivos que incorporan más indioEn general, muestran un mejor rendimiento de alta frecuencia, mientras que en los últimos años, los HEMT de nitruro de galio han atraído la atención debido a su rendimiento de alta potencia. Al igual que otros FET , los HEMT se utilizan en circuitos integrados como interruptores digitales de encendido y apagado. Los FET también se pueden usar como amplificadores para grandes cantidades de corriente usando un voltaje pequeño como señal de control. Ambos usos son posibles gracias a las características de corriente-voltaje únicas del FET . Los transistores HEMT pueden operar a frecuencias más altas que los transistores ordinarios, hasta frecuencias de ondas milimétricas , y se utilizan en productos de alta frecuencia como teléfonos celulares , receptores de televisión por satélite ,convertidores de voltaje y equipos de radar . Son ampliamente utilizados en receptores de satélite, en amplificadores de baja potencia y en la industria de defensa.
Las ventajas de los HEMT son que tienen una alta ganancia, lo que los hace útiles como amplificadores; altas velocidades de conmutación, que se logran porque los principales portadores de carga en MODFET son portadores mayoritarios, y los portadores minoritarios no están involucrados significativamente; y valores de ruido extremadamente bajos porque la variación de corriente en estos dispositivos es baja en comparación con otros.
La invención del transistor de alta movilidad de electrones (HEMT) generalmente se atribuye al físico Takashi Mimura (三 村 高志), mientras trabajaba en Fujitsu en Japón. [1] La base del HEMT fue el MOSFET (transistor de efecto de campo semiconductor de óxido metálico ) de GaAs (arseniuro de galio) , que Mimura había estado investigando como una alternativa al MOSFET de silicio (Si) estándar desde 1977. Concibió el HEMT en la primavera de 1979, cuando leyó sobre una heterounión dopado modulada superred desarrollado en los laboratorios Bell en los Estados Unidos, [1] por Ray Dingle, Arthur Gossard y Horst Störmer que presentaron unapatente en abril de 1978. [2] Mimura presentó una divulgación de patente para un HEMT en agosto de 1979, y luego una patente más tarde ese año. [3] La primera demostración de un dispositivo HEMT, el D-HEMT, fue presentada por Mimura y Satoshi Hiyamizu en mayo de 1980, y luego demostraron el primer E-HEMT en agosto de 1980. [1]
Independientemente, Daniel Delagebeaudeuf y Trong Linh Nguyen, mientras trabajaban en Thomson-CSF en Francia, presentaron una patente para un tipo similar de transistor de efecto de campo en marzo de 1979. También cita la patente de Bell Labs como una influencia. [4] La primera demostración de un HEMT "invertido" fue presentada por Delagebeaudeuf y Nuyen en agosto de 1980. [1]
Una de las primeras menciones de un HEMT basado en GaN se encuentra en el artículo de 1993 Applied Physics Letters , de Khan et al . [5] Más tarde, en 2004, PD Ye y B. Yang et al demostraron un HEMT (MOS-HEMT) de semiconductor de óxido metálico de GaN (nitruro de galio ). Usó una película de óxido de aluminio (Al 2 O 3 ) de deposición de capa atómica (ALD) tanto como dieléctrico de puerta como para pasivación superficial . [6]
Los HEMT son heterouniones . Esto significa que los semiconductores utilizados tienen espacios de banda diferentes . Por ejemplo, el silicio tiene una banda prohibida de 1,1 electronvoltios (eV), mientras que el germanio tiene una banda prohibida de 0,67 eV. Cuando se forma una heterounión, la banda de conducción y la banda de valencia en todo el material deben doblarse para formar un nivel continuo.