MOSFETs

Metal Oxide Effect Transistors (MOSFETs, Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor) gehören zu den beliebtesten und häufigsten Arten von Transistoren in der modernen Elektronik. Sie sind heutzutage in modernen CPUs und integrierten Schaltkreisen milliardenfach vorhanden. Ein MOSFETs kann als spannungsgesteuerter Schalter eingestuft werden. Sie können auch verwendet werden, um logische Operationen durchzuführen und Verstärker zu erstellen. Sie sind der Grundbaustein für einige der leistungsstärksten Computer und Datenverarbeitungs- bzw. Berechnungsmaschinen, die jemals gebaut wurden. MOSFETs sind beliebt, da sie relativ günstig in großen Mengen auf Silizium-Wafern hergestellt werden können.

Ein MOSFETs besteht aus einem Metall-Gate, das sich auf einer Isolierschicht aus Oxid befindet. Siliziumdioxid oder SiO2 waren die am häufigsten verwendeten Oxide in früheren Verarbeitungstechnologien. Ein MOSFETs verfügt auch über zwei n-Kanäle, die ein n-dotiertes Material enthalten, das in ein p-Siliziumsubstrat eingebettet ist. Es gibt auch MOSFETs vom Typ p, bei denen der Kanaltyp und das Substrat das genaue Gegenteil des MOSFETs vom Typ n sind.  Eine Länge, bekannt als die Kanallänge, die eine wichtige Größe in einem MOSFETs ist, trennt die beiden n-Kanäle physisch voneinander. Die beiden Kanäle werden „Drain“ (Abfluss) und „Source“ (Quelle) genannt.  An dieser Trennung zwischen den beiden n-Kanälen entsteht ein elektrisches Feld, wenn eine Spannung auf das Metall-Gate angewendet wird.  Sobald die Spannung auf das Gate angewendet wird, bildet sich ein elektrisches Feld, durch das eine Inversion entsteht. Die positive Ladung erscheint am Metall-Gate und die negative Ladung reicht sich entlang des Kanals auf. Wenn diese Inversion durch das elektrische Feld erzeugt wurde und sich die negativen Ladungen entlang des Kanals aufbauen, wird ein Leitungskanal aufgebaut. Nun kann Strom oder Elektronen vom Abfluss zur Quelle fließen.  In diesem Zustand ist der Transistor ähnlich wie ein Schalter aktiv und der Strom kann fließen, was vorher nicht möglich war. Aus diesem Grund werden MOSFETs als spannungsgesteuerte Schalter bezeichnet.  Der fließende Strom wird Ids genannt. Wenn die Spannung (Vgs) vom Gate entfernt wird, verschließt sich der Kanal. Der Strom wird nicht geleitet und der Transistor ist aus.

MOSFETs verhalten sich nicht als perfekt lineares Gerät und haben verschiedene Schaltzustände. Je nach Nutzung und Anwendung sind die verschiedenen Zustände erwünscht oder unerwünscht.   Ein häufiger Zustand wird Sättigung genannt, bei dem das Gerät keinen Strom mehr leitet, auch wenn mehr Spannung auf das Gate angelegt wird.

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