MOS-Feldeffekttransistor(MOS-FET)
Unter http://www.e-online.de/sites/bau/0207011.htm wurde bereits die funktionsweise eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors(N-Kanal-Typ) erklärt.
Hier soll nun speziell auf einen selbstsperrenden MOS-Feldeffekttransistor eingegangen werden.
Die Bezeichnung MOS bedeutet Metal-Oxide-Semicondutor, was soviel bedeutet, wie Metall-Oxid-Halbleiterbauteil.
Auf dem Bild(links) ist die Grundstruktur eines MOS-FET(N-Kanal-Anreicherungstyp) dargestellt.
Dieser Feldeffekttransistor besteht aus einem p-leitenden Kristall, dem Substrat. In das Substrat sind zwei n-leitende Inseln eindotiert. Der Kristall ist mit Siliziumdioxid(SiO2) abgedeckt(Isolierschicht). Die n-leitenden Inseln sind aber noch freigelegt und über Kontakte nach außen geführt(S und D). Auf dem Siliziumdioxid ist eine Aluminiumschicht(Al) als Gateelektrode aufgedampft.
Beschreibung der Funktionsweise eines MOS-FET(Anreicherungstyp):
Der MOS-FET befindet sich immer im Sperr-Zustand(deshalb selbstsperrend), wenn keine positive Spannung zwischen Gate- und Source-Anschluß anliegt.
Wird zwischen Gate(Substrat) und Source eine positive Spannung UGS angelegt, dann entsteht im Substrat ein elektrisches Feld. Die Elektronen im p-leitenden Substrat(viele Löcher, sehr wenige Elektronen) werden vom positiven Gate-Anschluß angezogen. Sie wandern bis unter das Siliziumdioxid(Isolierschicht).
Die Löcher wandern in entgegengesetzter Richtung. Die Zone zwischen den n-leitenden Inseln enthält überwiegend Elektronen als freie Ladungsträger. Zwischen Source- und Drain-Anschluß befindet sich nun eine n-leitende Brücke(siehe Bild).
Die Leitfähigkeit dieser Brücke läßt sich durch die Gatespannung UGS steuern.
Die Vergrößerung der positiven Gatespannung führt zu einer Anreicherung der Brücke mit Elektronen. Die Brücke wird leitfähiger. Die Verringerung der positiven Gatespannung führt zu einer Verarmung der Brücke mit Elektronen. Die Brücke wird weniger leitfähig.
Dadurch das die Siliziumdioxid-Schicht isolierend zwischen Aluminium und Substrat wirkt, fließt kein Gatestrom IG. Zur Steuerung wird nur eine Gatespannung UGS benötigt.
Die Steuerung des Stromes ID durch den MOS-FET erfolgt leistungslos.
Verarmungsprinzip
Der oben beschriebene MOS-FET ist ein Anreicherungstyp. Er ist selbstsperrend. Es gibt aber auch MOS-FETs als Verarmungstypen. Sie sind selbstleitend, weil sie schon nach angelegter Spannung UDS leitend sind. Das wird durch eine schwache n-Dotierung zwischen den n-leitenden Inseln(Source und Drain) erzeugt. Dieser MOS-FET sperrt nur vollständig, wenn die Gatespannung UGS negativer ist als die Spannung am Source-Anschluß.
Der selbstleitende MOS-FET wird duch eine negative, wie auch eine positive Gatespannung UGS gesteuert.
Übersicht der MOS-Feldeffekttransistoren:
| |
N-Kanal |
P-Kanal |
| MOS-FET Typ |
Anreicherungstyp(selbstsperrend) |
Verarmungstyp(selbstleitend) |
Anreicherungstyp(selbstsperrend) |
Verarmungstyp(selbstleitend) |
| ID bei UDS |
positiv |
positiv |
negativ |
negativ |
| UGS(Steuerspannung) |
positiv |
positiv/negativ |
negativ |
negativ/positiv |
| Schaltzeichen |
 |
 |
 |
 |
| Anwendung |
Leistungsverstärker |
Hochfrequenzverstärker, digitale integrierte Schaltungen |
Leistungsverstärker |
Hochfrequenzverstärker |
Weitere verwandte Themen: