高電子遷移率晶體管（HEMT），也被稱為異質結構FET（HFET）或調制摻雜場效應晶體管（MODFET），是一種場效應晶體管包含具有不同的兩種材料之間的結帶隙（即異質）作為溝道而不是摻雜區（通常是MOSFET的情況）。常用的材料組合是GaAs與AlGaAs，盡管存在很大差異，但取決于設備的應用。包含更多銦的器件氮化鎵?HEMT?通常具有更好的高頻性能，而近年來，由于其高功率性能而備受關注。像其他FET一樣，高電子遷移率晶體管在集成電路中用作數字通斷開關。FET也可以用作放大器，使用較小的電壓作為控制信號來提供大量電流。FET獨特的電流-電壓特性使這兩種用途成為可能。HEMT晶體管能夠以比普通晶體管更高的頻率工作，最高可達毫米波頻率，并用于手機、衛星電視接收機、電壓轉換器和雷達設備。

高電子遷移率晶體管的優點是它們具有高增益，這使其可用作放大器。高開關速度，這是因為MODFET中的主要電荷載流子為多數載流子，而少數載流子并未受到很大影響；以及極低的噪聲值，因為與其他器件相比，這些器件的電流變化較小。

HEMT是異質結。這意味著所使用的半導體具有不同的帶隙。例如，硅的帶隙為1.1?電子伏特（eV），而鍺的帶隙為0.67 eV。當形成異質結時，整個材料的導帶和價帶必須彎曲以形成連續的能級。

HEMT出色的載流子遷移率和切換速度來自以下條件：寬帶元素摻雜有施主原子；因此它的導帶中有多余的電子。由于具有較低能量的狀態的可用性，這些電子將擴散到相鄰的窄帶材料的導帶。電子的運動將引起電勢的變化，從而引起材料之間的電場的變化。電場會將電子推回到寬帶元件的導帶。擴散過程一直持續到電子擴散和電子漂移彼此平衡為止，在平衡狀態下形成類似于pn結的結。注意，未摻雜的窄帶隙材料現在具有過量的多數電荷載流子。電荷載流子是多數載流子的事實產生了高的開關速度，而低帶隙半導體是未摻雜的這一事實意味著沒有供體原子引起散射，因此產生了高遷移率。

HEMT的一個重要方面是，可以分別修改導帶和價帶的能帶不連續性。這允許控制設備內外的載流子類型。由于HEMT需要電子作為主要載流子，因此可以在其中一種材料中應用漸變摻雜，從而使導帶不連續性變小并保持價帶不連續性不變。載流子的這種擴散導致電子沿著窄帶隙材料內部的兩個區域的邊界積累。電子的積累導致這些設備中的電流非常大。累積的電子也稱為2DEG或二維電子氣。

為了允許導電，半導體中摻有雜質，這些雜質會貢獻移動電子或空穴。但是，這些電子首先通過與用于生成它們的雜質（摻雜劑）碰撞而減慢了速度。HEMT通過使用高遷移率電子避免了這種情況，該電子是由高摻雜寬帶隙n型施主供體供應層（在我們的示例中為AlGaAs）和無摻雜窄帶隙溝道層的異質結產生的，該溝道層沒有摻雜劑雜質（GaAs在這種情況下）。

在n型薄AlGaAs薄層中產生的電子完全掉入GaAs層中以形成耗盡的AlGaAs層，因為由不同帶隙材料產生的異質結在GaAs的導帶中形成了量子阱（陡峭的峽谷）由于GaAs層是未摻雜的，因此電子可以快速移動而不會與任何雜質發生碰撞的一面，并且電子也無法從其中逸出。這樣的效果是創建了一個非常薄的高遷移率導電電子層，具有很高的濃度，使溝道的電阻率非常低（或者換句話說，就是“高電子遷移率”）。

由于GaAs具有較高的電子親和力，因此AlGaAs層中的自由電子被轉移到未摻雜的GaAs層中，在該層中，界面處100ngstr?m（10?nm）內形成二維高遷移率電子氣。HEMT的n型AlGaAs層通過兩種耗盡機制被完全耗盡：

• 表面態俘獲自由電子會導致表面耗盡。
• 電子轉移到未摻雜的GaAs層中會導致界面耗盡。

柵極金屬的費米能級與釘扎點匹配，釘扎點比導帶低1.2?eV。在減小的AlGaAs層厚度的情況下，由AlGaAs層中的施主提供的電子不足以釘扎該層。結果，帶彎曲向上移動并且沒有出現二維電子氣。當將大于閾值電壓的正電壓施加到柵極時，電子在界面處累積并形成二維電子氣。

可以通過外延生長應變SiGe層來制造MODFET?。在應變層中，鍺含量線性增加至約40-50％。鍺的這種濃度允許形成具有高導帶偏移和高密度的非常易移動的電荷載流子的量子阱結構。最終結果是具有超高開關速度和低噪聲的FET。InGaAs?/?AlGaAs，AlGaN?/?InGaN，也可以使用其他化合物代替SiGe。由于InP和GaN具有更好的噪聲和功率比，它們開始取代SiGe作為MODFET的基礎材料。

高電子遷移率晶體管應用與MESFET的應用類似- 微波和毫米波通信、成像、雷達和射電天文學 -需要在高頻下實現高增益和低噪聲的任何應用。HEMT已顯示出頻率大于600 GHz的電流增益和頻率大于1 THz的功率增益。全球許多公司開發和制造基于HEMT的器件。這些可以是分立的晶體管，但通常采用“單片微波集成電路”的形式（MMIC）。從手機和DBS接收器到雷達等電子戰系統以及射電天文學， 高電子遷移率晶體管出現在許多類型的設備中。

此外，硅基板上的氮化鎵HEMT用作電壓轉換器應用的功率開關晶體管。與硅功率晶體管相比，氮化鎵HEMT具有較低的導通態電阻，并且由于具有寬的帶隙特性而具有較低的開關損耗。氮化鎵功率HEMT的市售電壓高達200 V-600V。