Was ist ein MOSFET-Transistor?
Ein MOSFET-Transistor ist ein Halbleiterbauelement, das Signale in elektronischen Bauelementen schaltet oder verstärkt. MOSFET ist eine Abkürzung für Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor. Der Name kann auf verschiedene Weise als MOSFET, MOS-FET oder MOS-FET geschrieben werden. Der Begriff MOSFET-Transistor wird trotz seiner Redundanz häufig verwendet. Der Zweck eines MOSFET-Transistors besteht darin, den Fluss elektrischer Ladungen durch eine Vorrichtung zu beeinflussen, indem kleine Elektrizitätsmengen verwendet werden, um den Fluss viel größerer Mengen zu beeinflussen. MOSFETs sind die am häufigsten verwendeten Transistoren in der modernen Elektronik.
Der MOSFET-Transistor ist im modernen Leben allgegenwärtig, da er der in integrierten Schaltkreisen am häufigsten verwendete Transistortyp ist und die Basis für fast alle modernen Computer und elektronischen Geräte darstellt. Der MOSFET-Transistor ist aufgrund seines geringen Stromverbrauchs und seiner geringen Verlustleistung, der geringen Abwärme und der geringen Massenproduktionskosten für diese Rolle gut geeignet. Eine moderne integrierte Schaltung kann Milliarden von MOSFETs enthalten. MOSFET-Transistoren sind in Geräten vorhanden, die von Mobiltelefonen und Digitaluhren bis zu riesigen Supercomputern reichen, die für komplexe wissenschaftliche Berechnungen in Bereichen wie Klimatologie, Astronomie und Teilchenphysik verwendet werden.
Ein MOSFET hat vier Halbleiteranschlüsse, die als Source, Gate, Drain und Body bezeichnet werden. Die Source und der Drain befinden sich im Körper des Transistors, während sich das Gate über diesen drei Anschlüssen befindet, die zwischen der Source und dem Drain positioniert sind. Das Gate ist durch eine dünne Isolierschicht von den anderen Anschlüssen getrennt.
Ein MOSFET kann so ausgelegt sein, dass er entweder negativ geladene Elektronen oder positiv geladene Elektronenlöcher als elektrische Ladungsträger verwendet. Die Source-, Gate- und Drain-Anschlüsse sind so ausgelegt, dass sie entweder einen Überschuss an Elektronen oder Elektronenlöchern aufweisen und jeweils eine negative oder positive Polarität aufweisen. Source und Drain haben immer die gleiche Polarität, und das Gate hat immer die entgegengesetzte Polarität von Source und Drain.
Wenn die Spannung zwischen dem Körper und dem Gate erhöht wird und das Gate eine elektrische Ladung erhält, werden elektrische Ladungsträger derselben Ladung aus dem Bereich des Gates abgestoßen, wodurch ein sogenannter Verarmungsbereich erzeugt wird. Wenn dieser Bereich groß genug wird, erzeugt er eine sogenannte Inversionsschicht an der Grenzfläche der isolierenden und der halbleitenden Schicht, wodurch ein Kanal bereitgestellt wird, in dem Ladungsträger der entgegengesetzten Polarität des Gates leicht fließen können. Dadurch können große Elektrizitätsmengen von der Quelle zum Abfluss fließen. Wie alle Feldeffekttransistoren verwendet jeder einzelne MOSFET-Transistor ausschließlich positive oder negative Ladungsträger.
MOSFET-Transistoren bestehen hauptsächlich aus Silizium oder einer Silizium-Germanium-Legierung. Die Eigenschaften der Halbleiteranschlüsse können durch Hinzufügen kleiner Verunreinigungen von Substanzen wie Bor, Phosphor oder Arsen geändert werden, was als Dotierung bezeichnet wird. Das Gate besteht normalerweise aus polykristallinem Silizium, obwohl einige MOSFETs Gates aus Polysilizium aufweisen, die mit Metallen wie Titan, Wolfram oder Nickel legiert sind. Extrem kleine Transistoren verwenden Gates aus Metallen wie Wolfram, Tantal oder Titannitrid. Die Isolierschicht besteht am häufigsten aus Siliziumdioxid (SO 2 ), obwohl auch andere Oxidverbindungen verwendet werden.