1.8 高电子迁移率晶体管

MESFET热稳定性较差、漏电流较大、逻辑摆幅较小、抗噪声能力较弱。随着频率、功率容限以及低噪声容限需求的增加，砷化镓MESFET已经达到了其设计上的极限，因为满足这些需求需要更大的饱和电流和更大跨导的短沟道场效应器件。一般可以通过增加沟道掺杂浓度来实现。由于沟道区是对体半导体材料的掺杂而形成的，多数载流子与电离的杂质共同存在。多数载流子受电离杂质散射，从而使载流子迁移率减小，器件性能降低。

早在1960年，IBM公司的Anderson就预言在异质结界面将存在电子的累积[23]。1969年，Easki和Tsu提出在禁带宽度不同的异质结结构中，离化的施主和自由电子是分离的。即，电子离开施主母体，由宽带隙材料一侧进入窄带隙材料一侧[24]。这种分离减少了母体对电子的库仑作用，提高了电子迁移率。1978年，美国贝尔实验室的Dingle等人在调制掺杂的异质材料中首次观察到了载流子迁移率增高的现象[25]。1980年，富士通公司的Hiyamize等人率先采用这种结构，在调制掺杂n-AlGaAs/GaAs单异质结结构的实验中，证明了异质界面二维电子气（2DEG）的存在，而且具有很高的迁移率，成功研制出世界上第一只超高速逻辑器件——高电子迁移率晶体管（High Electron Mobility Transistor, HEMT）[26]。高电子迁移率晶体管（HEMT）这一术语也由富士通（Fujitsu）公司提出，它是一种异质结场效应晶体管（HFET），又称为调制掺杂场效应晶体管（MODFET）、二维电子气场效应晶体管（2-DEGFET）、选择掺杂异质结晶体管（SDHT）等。HEMT器件利用半导体异质结构中电离杂质与电子在空间能被分隔的优点，并由此产生具有很高迁移率的所谓二维电子气来工作，能够工作于超高频（毫米波）、超高速领域。图1.13给出一HEMT场效应晶体管结构示意图以及器件能带结构图[27]。

图1.13 HEMT场效应晶体管结构示意图与器件能带结构图