[용어교실] HEMT

HEMT란 high electron mobility transistor의 약어로서, 고농도 불순물(donor)을 첨가한 갈륨비소알루미늄(AlGaAs)과 갈륨비소(GaAs)를 접합한반도체의 헤테로접합계면에 발생하는 2차원 전자가스를 채널로 활용하는 전계효과트랜지스터(FET)이다.

금속화합물 반도체소자는 실리콘에 없는 몇가지 금속화합물의 특장을 살려개발된 반도체소자로서, 집적회로로서는 갈륨비소를 사용한 소자가 가장 진전돼 있으며, 갈륨비소소자의 특장인 고속성 기능을 갖는 FET(field effect transistor)가 널리 사용되고 있다.

특히 HEMT는 S밴드에서부터 K밴드에 이르는 마이크로파`밀리파 영역을커버하는 유일한 3단자 반도체소자로서, 고주파`저잡음`고출력 동작을 목적으로 개발된 것이다.

금속화합물반도체를 만들기 위한 기법인 MOCVD(metal organic chemical vapor deposition) 등의 결정성장기술이 개발`진전된 결과, 이상적인 헤테로접합을 만들 수 있게 됐으며, 몇가지 헤테로 접합을 사용하는 소자가 탄생했다. FET 중에서도 헤테로접합의 계면에 발생하는 2차원 전자가스를사용하는 HEMT가 그 대표적인 것으로, 1980년에 개발돼 이를 계기로 고속동작을 하는 집적회로가 개발되었다.

갈륨비소알루미늄과 고순도 갈륨비소의 n형 헤테로접합계면은 전자친화도의차이에 의해 에너지밴드구조로 되며, 전자는 고밀도`고이동도(실리콘의 5~6배)의 특성을 갖는데, 그 전자를 캐리어로 하는 것이 HEMT이다.

HEMT의 바이어스조건은 저잡음 갈륨비소 FET와 거의 같으며, 잡음지수는 0.25㎙ 게이트의 HEMT가 12GHz에서 0.6㏏대이다. HEMT는갈륨비소 FET에 비해 저잡음성능이 우수해 위성통신기기용 증폭기 등에널리 사용된다.

위성통신 등의 지구국용 저잡음 증폭장치에는 패러메트릭 증폭기가 사용되어왔으나 최근에는 소형`경량화 및 경제성 등 장점으로 FET증폭기가 널리사용되고 있는데, 특히 FET소자로 HEMT를 사용한 것이 저잡음성능에서 패러메트릭 증폭기를 월등히 능가한다.