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Sperrschicht-Feldeffekttransistor oder J-FET

Metall-Oxid-Halbleiter-FET oder MOSFET

EIN Feldeffekttransistor, allgemein bezeichnet als FET (Feldeffekttransistor), ist ein unipolares Transistor mit in der Regel drei Anschlüssen: Source (S), Drain (D) und Gate (G). An einer MOSFET es gibt eine vierte Verbindung, das Substrat (B of Masse), die normalerweise nicht extern ausgegeben wird, sondern intern mit der Quelle verbunden ist. Sondertypen, wie der Dual-Gate-MOSFET mit zwei Gates, haben zusätzliche Anschlüsse.

Ein Feldeffekttransistor besteht aus einem Leitungskanal zwischen den Anschlüssen Source (S) und Drain (D), dessen Leitung durch das elektrische Feld der Spannung am Gate (G) beeinflussbar ist. Der Transistor wird unipolar genannt, weil am Strom zwischen Source und Drain nur eine Art von Ladungsträgern (Löcher oder Elektronen) beteiligt ist. Das Stromspannung auf dem Tor bewirkt, dass die sich erweitert oder verschwindet Führungskanal zwischen Source und Drain, mit dem der Strom von Source zu Drain geleitet werden kann. Im Gegensatz zu einem "normalen" Bipolartransistor läuft mit einer FET-Nr fließen von Bedeutung durch das Tor wie durch die Base eines Transistors.

Das Prinzip des Feldeffekttransistors war bereits in den 1920er Jahren bekannt, doch erst nachdem die Halbleitertechnologie ausreichend entwickelt war, konnten FETs in Serie gefertigt werden.

Feldeffekttransistoren sind unter anderem in folgenden Ausführungen erhältlich:

• Barriere-Feldeffekttransistor (J-FET: Junction-FET)
• Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET: Metalloxid-Halbleiter-FET)
• Schottky-Feldeffekttransistor (MESFET)
• Transistor mit hoher Elektronenmobilität (HEMT)
• Ionenempfindlicher Feldeffekttransistor (ISFET)
• organischer Feldeffekttransistor (OFET)

					p
					Nein
JFET	MOSFET enr		MOSFET-App	IGBT

Von allen Versionen kann der Leitungskanal n-dotiert (n-Kanal-Typ) oder p-dotiert (p-Kanal-Typ) sein Halbleitermaterial.

Die beiden am häufigsten verwendeten Varianten des FET sind: die J-FET und der MOS-FET.

J-FET

Beim n-Kanal-Typ befindet sich der Leitungskanal als n-dotierte Zone im p-dotierten Material des Gates. Der Leitungskanal ist somit durch einen pn-Übergang (junction) vom Gate getrennt. Der pn-Übergang zwischen Gate und Kanal ist im Normalbetrieb in Sperrrichtung vorgespannt, so dass der Strom durch das Gate in der Größenordnung des Leckstroms eines in Sperrrichtung vorgespannten Diode ist. Beim p-Kanal-Typ wird alles auf die übliche Weise umgekehrt durchgeführt.

MOS-FET

Beim n-Kanal-Typ befindet sich der Leitungskanal auf der Oberfläche des p-dotierten Substrat, knapp unterhalb des SiO₂Isolationsschicht und wird unter dem Einfluss der Spannung am Gate zwischen Source und Drain als n-dotierte Zonen gebildet. Auf dieser Isolierschicht ist das Gate als Elektrode vorgesehen und damit vom Leitungskanal isoliert. Der einzige Strom, der zum/vom Gate fließt, wird durch die kapazitiv Wirkung des Gates und ist in der Praxis praktisch vernachlässigbar. Das Substrat ist durch einen pn-Übergang vom Kanal getrennt und daher mit einem Anschluss (B: Bulk) versehen, der üblicherweise intern mit der Source verbunden ist.

Einige FETs unterscheiden sich nicht in der Verwendung zwischen Source und Drain, aber fortschrittliche Konstruktionstechniken, zum Beispiel die Variation der Dicke der p- oder n-Schicht, ermöglichen es, einen FET spezifisch empfindlich für die Potenzieller unterschied zwischen Gate und Source, während der Einfluss der Spannung zwischen Gate und Drain vernachlässigbar ist.

Ein Nachteil des FET ist seine Empfindlichkeit gegenüber elektrostatischer Aufladung. Da das Gate hochohmig ist, kann jeder Statische Aufladung nicht ablaufen und so hoch Stromspannung am Tor aufbauen. Diese hohe Spannung kann den FET irreparabel beschädigen (ESD).

Im Gegensatz zu einem 'normalen' Bipolartransistor, der einen 'Diodeneffekt' aufweist, bei dem der Strom nur in eine Richtung fließen kann und mit einem Spannungsabfall von in der Regel 0,7 Volt hat, verhält sich ein FET wie a Transkonduktor mit zwei Bereichen.

Bei einer negativen Kniespannung oder niedriger am Gate ist der FET vollständig isoliert. Sinkt die Spannung, befindet sich der FET im aktiven Betriebsbereich. In diesem Betriebsbereich hat der FET zwei Eigenschaften.

Bei einer niedrigen Source-Drain-Spannung gibt es einen ziemlich linearen Widerstand , dass kein n-p- oder p-n-Übergang vorhanden ist, sondern nur eine einzige p- oder n-Schicht. Der Drain-Strom ist also direkt proportional zur Drain-Source-Spannung. In diesem Bereich werden Signal-FETs als einstellbarer Widerstand für beispielsweise Ton- oder Lautstärkeregelung verwendet. Aber auch Leistungs-FETs als Schalter mit einem Durchlasswiderstand von nur 0,02 Ohm in beispielsweise Wechselrichtern.

Bei einer höheren Source-Drain-Spannung des Schalters geht der FET in die Sättigung und verhält sich wie eine nahezu ideale Stromquelle, besser als ein Transistor. Je weiter die Gatespannung ansteigt oder weniger negativ wird, desto kleiner ist der Widerstand und desto höher ist der Stromquellenstrom in ihren jeweiligen Bereichen. Bei einer Gate-Spannung von ca. 10V über der Source-Spannung (alles bei einem n-Kanal-Typ) ist der minimale Widerstand bzw. der höchste Wert der Stromquellenstärke erreicht ist. Die Empfindlichkeit der Gatespannung gegenüber dem Drainstrom wird als Transkonduktanz bezeichnet und in Milli- oder Mikrosiemens ausgedrückt. In diesem Arbeitsgebiet werden FETs in Signalverstärkerschaltungen verwendet. Besondere Aufmerksamkeit erfordert die Verwendung von FETs als Signalverstärker, da sie sich nur mit Kompensationsschaltungen ausreichend linear verhalten.

Alle diese FETs haben charakteristische Eigenschaften. Sie können nicht einfach in einer Schaltung ausgetauscht werden. Somit sind J-FETs sowohl gegenüber der Gate-Drain-Spannung als auch der Gate-Source-Spannung empfindlich. MOSFETs vom "Enhancement"- oder "Enhancement"-Typ isolieren oder blockieren, wenn die Gate-Spannung gleich der Source-Spannung ist; erst bei positiver Gatespannung werden sie leitend.

Außerdem gibt es die GaAs-FET ein FET basierend auf Galliumarsenid Anstatt von Silizium.

Benutzen

Modern CMOS-ICTechnologie verwendet fast immer FETs. Auch in Verstärkerschaltungen, insbesondere in Operationsverstärker FETs werden zunehmend verwendet.

Wenn ein FET verwendet wird, gibt es oft a Hex-FET. Dies ist ein FET, bei dem eine große Anzahl von Basis-FETs in einem sechseckigen Gitter zu einem großen FET zusammengefasst sind. Diese Schaltung ermöglicht es dem FET, sich fast wie ein "idealer" FET zu verhalten. Bei Vollleitung beträgt der Widerstand zwischen Source und Drain eines modernen Hex-FET oft nur wenige Hundertstel Ohm, wodurch der FET große Ströme schalten kann, ohne sich nennenswert zu erwärmen. FETs werden daher häufig als elektronischRelais oder in Konvertern.

Externe Links

• JFET

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