Lo scopo di questo articolo è quello di diffondere qualche nozione basilare su i transistor ad alta mobilità degl'elettroni ossia gli HEMT.. Come vedremo questi dispositivi trovano largo uso in applicazioni in cui è importante garantire sia banda che potenza elevate, cosa che accade spesso e volentieri nei front-end analogici degli apparati ricetrasmittenti di ultima generazione..le frequenze in gioco superano i 200GHz e le potenze oltre i 100W !! Davvero dei dispositivi unici e senza i quali sarebbe davvero difficile riuscire a tutto ciò che riescono a fare oggi i nostri smartphone !
Negli ultimi anni tutti noi abbiamo assistito ad uno sviluppo costante dei sistemi di comunicazione wireless, in primis ad esempio, quello degli smartphone, ma tale evoluzione è sfociata anche nei sistemi satellitari, e quindi per la radio e la televisione (anch'essa oggi una SmartTV). Tutti questi sistemi necessitano di poter usufruire di più servizi, ad esempio oggi il tipico smartphone non si accontenta più della “semplice capacità di telefonare”, ma minimo deve essere in grado anche di stabilire una connessione dati per poter navigare su internet, e lo stesso lo si può dire anche per le ultime “SmartTv”. Tutto questo ha imposto al mondo delle telecomunicazioni di aver a disposizione dei mezzi trasmissivi a frequenze più elevate e potenze maggiori in modo tale da poter soddisfare le esigenze suddette. Tutto questo si traduce ,in termini più tecnici, in disporre di apparati dotati di amplificatori che possano lavorare al massimo delle loro capacità sia a frequenze elevate (bande C e Ke) che a potenze superiori ai 100W: tutto ciò ha letteralmente “spianato” la strada ai transistor ad hyper mobilità...ossia gl' HEMT !
Infatti, ci basta sapere che ad esempio è possibile far lavorare questi dispositivi ad una frequenza di taglio di 300GHz, alla quale questi dispositivi presentano una transconduttanza (gm) ancora molto elevata il che permette avere un guadagno elevato a frequenze stratosferiche !
Inizialmente, la loro struttura si basava sulle cosiddette etero giunzioni in AlGaAs/GaAs in cui si sfrutta la creazione di una regione di svuotamento in cui non valgono più le classiche equazioni della fisica..ma entra in gioco la meccanica quantistica con le equazioni di Schrodinger...Questa regione particolare si chiama "buca quantica" perchè presenta le dimensioni di pochi nanometri !!
Comunque per non appesantire troppo la trattazione torniamo alla storia di questi dispositivi: sin dai primi anni di sviluppo di questa tecnologia, si è assistito all’introduzione di nuovi materiali che potessero sostenere le crescenti richieste del mercato di cui parlavamo prima. La soluzione è stata trovata con l’utilizzo di materiali con alto valore di Energy Gap come il SiC e il GaN (Nitruro di Gallio); quest’ultimo, a differenza del SiC, permette di generare etero giunzioni le quali a loro volta permettono di ottenere valori record della mobilità degl'elettroni nel canale. Il GaN presenta significativi aspetti nel raggiungimento di prestazioni migliori da parte dei dispositivi. Il principale sicuramente è l’alto valore di Energy gap diretto come già detto..
Concludo lasciandovi qualche link di circuiti realizzati con HEMT:
http://www.highfrequencyelectronics.com/Archives/Dec09/HFE1209_Grebennikov.pdf
http://www.merakit.com/2010/08/high-frequency-low-noise-amplifiers.html
Qui un radiometro utilizzato dalla Nasa:
http://arcade.gsfc.nasa.gov/radiometers.html
Articolo molto interessante, mi è capitato di vedere alcuni test sugli HEMT durante il mio lavoro di ricerca nel Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione e devo dire che sono degli oggetti molto interessanti.
grazie.. dai speravo che non fossero del tutto “sconosciuti al pubblico” amante dell’elettronica 🙂
grazie piero ..sono contento sia abbastanza chiaro..
ciao
Devi dire che questo è un buon articolo.
Per me è un ripasso ma per chi non conosce l’argomento, direi che sintetizza e schematizza bene un tema piuttosto spinoso e difficile da spiegare.
Complimenti.