[반도체] High Electron Mobility Transistor(HEMT)
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- 목차
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1. 서론
⑴ HEMT의 의미와 특징
⑵ HEMT의 역사
2. 본론
⑴ HEMT 제작과정
⑵ HEMT와 다른 device의 비교
⑶ Devices of HEMT
1) 통신용 초고속 반도체 소자 - GaAs 집적회로와 HEMT
2) 고저로 도핑한 오믹층을 갖는 전력 PHEMT소자
3) Metamorphic HEMT를 이용한 100 GHz MIMIC 증폭기
⑷ HEMT research of prof. Jihyun Kim
1) Characterization of AlGaN/GaN HEMT irradiated at 5keV and 25MeV proton energies
2) AlGaN/GaN HEMT irradiated with 17MeV proton
3) Improced Long-Term Thermal Stability At 350℃ of -Based Ohmic Contacts On AlGaN/GaN HEMT
3. 결론 - HEMT 기술동향
- 본문내용
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1. 서론
⑴ HEMT의 의미와 특징 반도체 소자 공학 서정하・김동명・박재우・신장규・이희덕 공역
알기쉬운 반도체 공정 박욱동・박광순 공역
<InP 기반-HEMT>
<Metamorphic-HEMT>
<Pseudomorphic-HEMT>
HEMT란 고전자 이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transister)를 의미한다. 이 소자는 변조 도핑 전계 효과 트랜지스터(MODRET)또는 이중 접합 전계 효과 트랜지스터(HRET:heterojunction field effect-transister)라고도 부른다. 이들은 게이트 산화막이 소자의 나머지 부분보다 더 큰 밴드갭을 갖는 반도체로 대체된 것을 제외하고는 MOSFET와 동일한 구조를 가지고 있다. 이는 더 빠른 고속화와 보다 높은 주파수의 밀리파를 처리할 수 있고, 보통의 MOSFET에 비해 저전압, 고속 동작이 가능 소비전력이 낮으며 초고속 LSI를 실현할 수 있는 소자로서 잡음이 적다. 현재, Pseudomorphic-HEMT, InP 기반의 HEMT, Metamorphic-HEMT등을 비롯한 다양한 부분에서 연구가 이루어지고 있다.
• Pseudomorphic-HEMT: GaAs상의 InGaAs 채널에서 보다 높은 이동도를 가진다.
• InP 기반-HEMT : InGaAs에서 보다 높은 Induim fraction을 가진다.
• Metamorphic_HEMT : GaAs 기판위에 InP에피층을 성장시켜서 GaAs 기반의 공정기술을 적용하여 InP HEMT와 버금가는 특성을 얻는 것이 가능하다.
HEMT는 잡음이 적으므로 위성방송 수신기나 가정용 파라볼라 안테나의 증폭기로 이용된다. 또한 고이득이므로 밀리파대역 전력소자로도 이용되고 있다. 그리고 고 이동도 전자를 이용한 초고속 LSI를 개발하기 위한 연구도 이루어지고 있다.
AlGaAs막은 보통 MBE(Molecular Beam Epitaxy:분자선 에피택시)법이나 MOCVD(Metal Organic CVD:유기금속 소스를 이용한 기사성장)법에 의해 형성된다. AlGaAs와 GaAs의계면에는 헤테로 접합 즉, 이종 접합이 형성된다. 헤테로 접합에서는 여러 가지 재료의 조합을 생각할 수 있지만, 대표적인 것으로는 GaInAs와 AlInAs 또는 Si와 Si-Ge가 있다. N형 반도체에 다량으로 포함되어 있는 전자는 계면 근처의 GaAs표면에 2차원적으로 고밀도로 존재할 수 있다. 이 전자는 GaAs표면을 따라 이동하지만, GaAs는 불순물을 포함하지 않는 고순도 결정이므로 불순물에 의한 산란이 적다. 따라서 GaAs에서는 전자가 이동하기 쉬운 정도를 나타내는 이동도가 높게 된다. 또한 전자밀도가 높으므로 고속으로 동작하는 트랜지스터를 실현할 수 있다. 가장 일반적인 HEMT구조에서는 반절연선 GaAs기판 위에 고순도의 GaAs층을 g형성하고 그 위에 AlGaAs막을 성장시킨다. 그리고 AlGaAs위에 게이트 전극을 형성하고, 소스와 드레인 전극을 위에 형 GaAs층을 형성시킨다.
< HEMT소자 단면 >
< 에너지 밴드 다이어그램 >
위의 왼쪽 그림은 AlGaAs-GaAs구조에 만들어진 HEMT소자의 단면을 보여주고 있다. 위의 오른쪽 그림은 게이트에 수직 방향으로의 에너지 밴드 다이어그램을 보여준다. 이종 접합이 형성될 때, 전도대 가장자리 에 불연속이 생긴다. 이것은 MOSFET에서 반도체와 산화막 사이의 에너지 장벽과 유사하다. 따라서 두 개의 서로 다른 반도체 간의 경계면에 채널이 형성된다. 이 소자를 만들기 위해서, 페르미 준위가 에너지 갭의 중간 근처에 놓이도록 적절히 도핑함으로써 반 절연성의 GaAs기판이 만들어 진다.
⑵ HEMT의 역사 (1)The paper by Klitzing awarded the Nobel Prize
New method for high-accuracy determination of the fine-structure
constantbased quantized Hall resistance
Phys. Rev. lett. 45. p. 494(1980)
von Klitzing et al.
(2) The paper by Tsui awarded the Nobel Prize
Two-Dimensional Magnetotransport in the Extreme Quantum Limit
Phys. Rev. lett. 48. P.1559 (1982)
D.C.Tsui et al.
(3)The original paper of HEMT written by Mimura
A New Field-effect transistor with selectively doped GaAs/n-Alx Ga1-x As
heterojunctions
Jpn J.Appl.phys. 19,p.L225(1980)
< Structural comparison between MOSFET and HEMT >
① 1977, “ 집적화가 성공의 지름길이며, 실패하더라도 큰 업적을 증명할 수 있다”라는 믿음으로 인해 연구가 GaAs FET과 GaAs IC에 한정되어있었다. GaAs 기사에 의하면, insulator로 쓰이는 낮은 온도 플라스마 산화막의 소개가 많은 영문판으로 출간되었다고 한다.
② 1978, Dr. Mimura가 GaAs MOSFET이 왜 수용되지 않은지 설명하고 연구를 중지하였다. 그 후, Dr.Yokoyama는 GaAs LSI의 개발을 했다. 계속하여, RHET(Resonant tunneling Hot Electron Transistor),를 개발하고 quantum mechanics의 전자구조효과를 적용하였다.
③ 1979, Dr.Mimira가 Bell 실험소의 Dr.Dingle에게 단서를 얻어 HEMT를 발명했다는 소문으로 인해 노벨상을 받지 못하였다.
④ 1980, 서독의 Dr.Klitzing가 프랑스의 Grenoble 연구 센터에서 낮은 온도와 높은 전자장이 노출된 환경에서 MOSFET의 이차원 전자가스를
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