HEMT：半導體元件HEMT的原理及應用

高電子移動速度電晶體（HEMT：High Electron Mobility Transistor）簡稱為「HEMT」。

HEMT的構造

NMES 是很好的元件，但是仍然有許多缺點，例如：在砷化鎵中摻雜 N 型的區域雖然會增加導電性，但是摻雜是將雜質原子加入原有的單晶半導體中，必定會破壞原有的單晶結構而使原子排列變混亂，造成電子移動速度變慢；但是如果不摻雜則沒有足夠的電子，導電性不夠，兩者互相矛盾，因此科學家在導通電子的區域製作兩層的結構，如＜圖一＞所示：

➤下層電子通道：在砷化鎵基板上成長「無摻雜」的砷化鋁鎵磊晶，做為電子通道，由於沒有摻雜因此單晶結構原子排列非常整齊，電子可以快速移動。

➤上層產生電子：在無摻雜的砷化鋁鎵磊晶上面再成長 N 型（有摻雜）的砷化鋁鎵磊晶，摻雜後多出許多電子。

由＜圖一＞中可以看出，這樣的結構使電子在上層 N 型的砷化鋁鎵磊晶產生（有摻雜才容易產生電子），然後在下層無摻雜的砷化鋁鎵磊晶移動，因為無摻雜的砷化鋁鎵單晶結構沒有被破壞，電子可以快速移動，故稱為「高電子移動速度」。目前 HEMT 已經成功開發成商品，並且應用在高頻積體電路中，但是由於構造包括兩層磊晶，製造程序較為複雜，因此成本較高。

圖一　HEMT 的構造。

HEMT 開關（HEMT switch）

HEMT 開關的工作原理與 MOS 相同，如＜圖二＞所示，因為砷化鎵的製程技術沒有矽晶圓成熟，所以元件尺寸比較大，成本也比較高，但是砷化鎵的原子振動頻率比矽高，所以適合用來製作高頻積體電路。使用 HEMT 開關來製作「數位積體電路」，例如：處理器（CPU），工作頻率可以達到 10 GHz 以上，早期曾經使用這種處理器來製作超級電腦（Super computer），應用在軍事用途，由於成本太高最後放棄，目前超級電腦也是使用 CMOS 來製作處理器（CPU），只是同時有很多個處理器（CPU）一起工作來提昇運算速度，就是所謂的「多核心處理器」。

圖二　HEMT 開關的工作原理。

HEMT 放大器（HEMT amplifier）

MES/HEMT 放大器的工作原理與 MOS 相同，如 ＜圖三＞ 所示，使用 MES 放大器來製作類比積體電路...