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。
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。
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