MOS-Feldeffekttransistor (MOS-FET)
Die Bezeichnung MOS bedeutet Metal-Oxide-Semiconductor, was soviel bedeutet, wie Metall-Oxid-Halbleiterbauteil. Der MOS-FET ist auch als IG-FET bekannt. Diese Bezeichnung kommt von Insulated Gate und bedeutet isoliertes Gate. Das hängt mit dem Aufbau des MOS-FET zusammen.
Aufbau eines MOS-FET
Grundstruktur eines MOS-FET (n-Kanal-Anreicherungstyp).
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 Gate-Elektrode aufgedampft.
Funktionsweise
Diese Beschreibung des MOS-FET bezieht sich auf den Anreicherungstyp. Es gibt auch noch den Verarmungstyp.
Der MOS-FET befindet sich immer im Sperr-Zustand (deshalb selbstsperrend), wenn keine positive Spannung zwischen Gate- und Source-Anschluss anliegt.
Wird zwischen Gate und Source (Substrat bei n-MOS-FET) 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.
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 durch eine negative, wie auch eine positive Gatespannung UGS gesteuert.
Übersicht der MOS-Feldeffekttransistoren
| n-Kanal | ||
|---|---|---|
| MOS-FET Typ | Anreicherungstyp (selbstsperrend) | Verarmungstyp (selbstleitend) |
| ID bei UDS | positiv | positiv |
| UGS (Steuerspannung) | positiv | positiv/negativ |
| Schaltzeichen |  |
 |
| Anwendung | Leistungsverstärker | Hochfrequenzverstärker, digitale integrierte Schaltungen |
| p-Kanal | ||
| MOS-FET Typ | Anreicherungstyp (selbstsperrend) | Verarmungstyp (selbstleitend) |
| ID bei UDS | negativ | negativ |
| UGS (Steuerspannung) | negativ | negativ/positiv |
| Schaltzeichen |  |
 |
| Anwendung | Leistungsverstärker | Hochfrequenzverstärker |
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