Elettronica_Oggi_446

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29 - ELETTRONICA OGGI 446 - GIUGNO 2015
TECH INSIGHT
4D
laser per la finestra di trasmissione a lun-
ghezza d’onda nella banda C e L e nelle
comunicazioni in fibra ottica.
La mobilità di elettroni è un parametro
fondamentale per la progettazione e le
prestazioni dei dispositivi elettronici. Per
il InGaAs si avvicina a 10 × 103 cm2 ·
V-1 · s-1, che è il più grande di qualsia-
si semiconduttore, anche se significati-
vamente inferiore a quella del grafene.
La mobilità è proporzionale alla conduci-
bilità; una maggiore mobilità accorcia il
tempo di risposta di fotorivelatori e riduce la resistenza serie in
ambito di IC; questomigliora l’efficienza del dispositivo e riduce il
consumo di potenza e la rumorosità.
Applicazioni
Un transistore ad alta mobilità di elettroni (HEMT), noto anche
come eterostruttura FET (HFET) o MODFET, è un transistore a ef-
fetto di campo che incorpora una giunzione tra due materiali con
differenti band gap (cioè un eterogiunzione). InGaAs è uno dei
nuovi semiconduttori favorito per transistor high-electron-mobi-
lità (HEMT) e per i design ottici (Figg. 2 e 3). Molti dei vantaggi of-
ferti sono costituiti da elevata mobilità di elettroni, alto guadagno,
alta impedenza di uscita e transconduttanza. È un dispositivo
importante per l’alta velocità, alta frequenza, nei circuiti digitali e
circuiti a microonde, con applicazioni a bassa rumorosità. Queste
applicazioni includono ambiti delle telecomunicazioni, informati-
ca e strumentazione di misura. Sussistono particolari vantaggi di
velocità per dispositivi MESFET in composti III-IV come GaAs o
InP, che hanno mobilità e velocità di deriva superiore al silicio.
Per consentire la conduzione, i semiconduttori vengono droga-
ti con impurità che donano sia elettroni mobili sia buche. Tutta-
via, questi elettroni vengono rallentati attraverso collisioni con
le impurità droganti utilizzate nella loro generazione. I dispositivi
HEMT evitano queste situazioni attraverso l’uso di elettroni ad alta
mobilità, generati usando l’eterogiunzione di uno strato di ampio-
bandgap e fortemente drogato di tipo n, con uno strato di canale
non drogato e senza impurità (GaAs in questo caso). Si ritiene
che HEMT sia un forte candidato per gli interruttori di alta potenza
della prossima generazione di convertitori di tensione, utilizzati in
molte applicazioni del settore delle energie rinnovabili. Negli ul-
timi dieci anni, gli sforzi industriali a livello mondiale si sono con-
centrati sulla commercializzazione di dispositivi di potenza basati
su GaN. Tuttavia, l’affidabilità e le prestazioni del dispositivo sono
criticamente legate alla qualità dei materiali GaN-based.
Un ulteriore sviluppo dei dispositivi HEMT è noto come PHEMT,
ampiamente utilizzato nelle comunicazioni wireless e nelle appli-
cazioni LNA. I transistor PHEMT sono ampiamente del mercato
a causa della loro efficienza ad alta potenza ed eccellenti figure
a basso rumore. Come risultato, PHEMT
sono ampiamente utilizzati nei sistemi di
comunicazione via satellite di tutte le for-
me, tra cui DBS-TV e LNB utilizzati con le
antenne satellitari. Essi sono inoltre am-
piamente utilizzati nei sistemi di comuni-
cazione satellitari generali come i sistemi
di comunicazione radio radar e micro-
onde. La tecnologia PHEMT è utilizzata
anche in analogico ad alta velocità e tec-
nologia digitale IC.
L’attuale mercato
Molte agenzie di previsione, come e pre-
vedono per i dispositivi transistor GaN, quali InGaAs e simili, rica-
vi che supereranno il bilione di dollari entro il 2021. Secondo le
previsioni, le nuove applicazioni finali saranno disponibili sul mer-
cato entro il 2018, fornendo nuove possibilità per i prodotti com-
merciali completamente nuovi, con la possibilità di raggiungere
applicazioni in frequenza superiori a 1 THz e a bassa potenza.
I metodi di fabbricazione di HEMT sono stati notevolmente sem-
plificati; oltre 26 aziende operano in questo campo, tra cui:
, , , e
. La lotta per il controllo dell’economia del nanodisposi-
tivo è dominata da forze sia di natura tecnologica sia di natura
economica. Tutte le aziende che operano in questo campo (e
non solo) concentrano i loro sforzi non solo nell’offrire la migliore
tecnologia, ma anche quella a basso costo. Le partnership tra i
concorrenti sono in continua evoluzione: l’Asia, e in particolare
la Cina, è in procinto di avere il maggior numero di fabbriche di
semiconduttori al mondo e presto sarà raggiunta dalla l’India. n
Fig. 3 – Caratteristica DC di un HEMT
Fig. 2 – Esempio di sezione di un HEMT