Schaltungstechnik

6.1 Eigenschaften von Feldeffekttransistoren 369
Grundsätzlich unterscheidet man zwischen einem Enhancement-MOSFET-Typ
(Anreicherungstyp) und dem Depletion-Typ (Verarmungstyp). Beim Anreicherungstyp
entsteht ohne Vorspannung am Gate keine leitende Brücke (Kanal) zwischen
Source und Drain. Hingegen bildet sich beim Verarmungstyp ohne
Vorspannung eine leitende Kanalzone, der MOSFET ist selbstleitend. Die leitende
Brücke beim Verarmungstyp entsteht bei geeigneter Wahl der Prozessparameter
beim Fertigungsprozess. Zusätzlich zur Gate-Source-Spannung U GS und zur
Drain-Source-Spannung U DS kann zwischen dem Substrat und dem Source-
Anschluss eine Spannung U SB angelegt werden.
B
U SB
n +
ionisierte
Akzeptoren
(QB) S UDS D
W
U GS
p-Substrat
Q G
Bild 6.1-13: Zur Entstehung des N-Kanals bei einem N-MOSFET
G
Die Schwellspannung U P ist ein wichtiger Parameter des MOSFET, sie wird
bestimmt von Materialparametern und von der Source-Bulk-Spannung U SB. Beim
Verarmungsstyp liegt bereits bei U GS = 0 und bei U SB = 0 wegen der Differenz der
Austrittsarbeiten von Gate und Halbleitersubstrat ein elektrisches Feld E ox über der
SiO 2 -Isolationsschicht an. Ist die Spannung U GS > 0, so erhöht sich die Feldstärke
E ox . Bei geeigneter Wahl der Technologieparameter entsteht schon ohne Vorspannung
eine Verarmungszone bzw. eine Raumladungszone im p-Gebiet unterhalb des
Gates. Es bildet sich ein Kondensatoreffekt. Dadurch entsteht unterhalb des Gates
an der Oberkante des p-Gebietes eine Elektronenanreicherung, die Inversionsladung
Q n . Bei genügender Anreicherung von frei beweglichen Elektronen im Kanal
bildet sich eine leitende Brücke zwischen der n-dotierten Drain-Insel und der ndotierten
Source-Insel. Bild 6.1-13 zeigt die Entstehung der mit frei beweglichen
Elektronen angereicherten Inversionsschicht (N-Kanalzone) im p-Gebiet unterhalb
des Gates. Die in Bild 6.1-13 schraffiert dargestellte Raumladungszone bildet eine
Sperrschicht, so dass lediglich die Inversionsschicht zur Leitfähigkeit beiträgt.
n +
I D
bewegliche
Elektronen im
Kanal (Q n)
Zwischenschichtladungen bzw.
Oberflächenladungen (Q Z )