?这个已有40年历史的晶体管改变了通信行业

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1977年在日本厚木的富士通实验室担任电子工程师时 , IEEE终身Fellow三村隆史(Takashi Mimura)开始研究如何更快地制作金属氧化物半导体场效应晶体管 。 1966年发明的MOSFET是当时当时最快的晶体管 , 但Mimura和其他工程师希望通过增强电子迁移率(使电子能够快速移动通过半导体材料)来使其变得更快 。


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富士通的Syoshi Hiyamizu(左)和IEEE研究员三村隆史(Takashi Mimura)测试了第一个高电子迁移率晶体管 。 右边是第一个商用HEMT 。

Mimura开始研究替代MOSFET中所用硅的替代半导体 , 他希望这会是解决方案 。 但是在研究过程中 , 他无意中发现在《Applied Physics Letters 》上有一篇贝尔实验室文章发表的文章 , 里面谈到异质结超晶格(heterojunction superlattices)——一个有着显著不同的两种或更多种半导体结构的超晶格 , 其使用的调制掺杂技术(modulation-doping )以在空间上分开传导电子和带隙以开发他们的母体施主杂质原子 。 这激发了Mimura创造了一个新的晶体管——HEMT 。

1979年 , 他发明了高电子迁移率晶体管 。 他的HEMT使用异质结超晶格来增强电子迁移率 , 从而提高了速度和性能 。 现在 , 本发明为手机 , 卫星电视接收机和雷达设备供电 。

据介绍 , HEMT由半导体薄层(n型砷化镓和铝砷化镓)以及异质结超晶格组成; 它具有自对准的离子注入结构和凹槽门结构 。 在n型砷化镓(高度掺杂的窄带隙)和铝砷化镓(非掺杂的窄带隙)的层之间形成用作二极管的超晶格 。 使用不同的带隙材料会在超晶格中形成量子阱 。 阱使电子快速移动而不会与杂质碰撞 。

而自对准的离子注入结构由漏极 , 栅极和源极组成 , 它们位于n型砷化镓第二层(凹入栅结构)的顶部 。 电子源自源极 , 流经半导体和异质结超晶格进入漏极 。 栅极控制漏极和源极之间的电流 。

在厚木富士通实验室底层的展览室里 , 有一块纪念碑写道:

HEMT是第一个在两种具有不同能隙的半导体材料之间结合界面的晶体管 。 HEMT由于其高迁移率的沟道载流子而被证明优于以前的晶体管技术 , 从而具有高速和高频性能 。 它们已广泛用于射电望远镜 , 卫星广播接收器和蜂窝基站 , 成为支持信息和通信社会的一项基本技术 。