Schaltungstechnik

370 6 Funktionsschaltungen mit FETs
Bild 6.1-14 zeigt die Ladungsverteilung auf dem Gate und in der Inversionsschicht,
sowie die ortsfesten ionisierten Fremdatome in der Raumladungszone.
Längs der Kanalzone (Inversionsschicht) entsteht aufgrund der Ladungsträgeransammlung
eine „Widerstandsbahn“ von der Source-Insel zur Drain-Insel und somit
ein Spannungsabfall. Die Gateladung Q G ist eine Flächenladung (im Bild 6.1-14b
als dicker Pfeil dargestellt). Wegen der Neutralitätsbedingung muss die Summe der
Ladungen Q G + Q Z + Q n + Q B Null ergeben.
a)
b)
U OX
U H
Gate SiO2 RLZ p-Substrat
Inversionsschicht
Q
Q G
Q Z
-dox 0
d K
Q n
x S
Q B
x
U OX : Spannung in der SiO 2-Schicht
U H : Spannung in der RLZ
Q G : Gateladung
Q Z : Oberflächenladung
Q n : Inversionsladung
Q B : Raumladung in RLZ
d ox : Dicke der SiO 2 -Schicht
d K : Inversionsladungsdicke
x S : Raumladungsweite der RLZ
Bild 6.1-14: Zur Ladungsverteilung in der Kanalzone; a) Ausschnitthafte Darstellung der
Kanalzone mit Inversionsschicht und Raumladungszone, b) Ladungsverteilung eines N-
Kanal MOSFET
Erreicht U DS die Abschnürspannung U DSP, so bildet sich wie beim Sperrschicht-
Feldeffekttransistor der Abschnüreffekt (Abschnürpunkt) aus. Der Strom steigt
nicht weiter an, der Feldeffekttransistor arbeitet dann als Stromquelle. Bild 6.1-15
zeigt schematisch den abgeschnürten Kanal bei Überschreiten der Abschnürspannung.
Die Leitfähigkeitssteuerung des Kanals erfolgt in gleicher Weise wie beim
Sperrschicht-Feldeffekttransistor. Es gelten damit dieselben Gleichungen. Für den
Transkonduktanzkoeffizienten gilt:
= Kp W Leff (6.1-8)
Dabei ist K p der Übertragungsleitwertparameter, der abhängig von der Ladungsträgerbeweglichkeit
n und der Oxid-Kapazität C’ Ox ist.
Kp =
n C'Ox (6.1-9)