Halbleiterkanal

Halbleiterkanal bezeichnet den leitfähigen Pfad zwischen Quelle und Drain in Transistorstrukturen. Der Kanal besteht aus Trägern eines Halbleiters, die Elektronen oder Löcher sein können. Die Leitfähigkeit des Kanals wird typischerweise durch ein elektrisches Feld kontrolliert, sodass sich der Stromfluss zwischen Quelle und Drain gezielt steuern lässt.

Am bekanntesten ist der Halbleiterkanal in MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor). Zwischen Gate und Substrat liegt eine dünne Isolationsschicht aus Oxid. Durch Anlegen einer Gate-Spannung verändert sich die Ladungsträgerdichte am Übergang Substrat-Oberfläche. Bei ausreichender Spannung bildet sich eine Inversionslage, in der Elektronen (n-Kanal) oder Löcher (p-Kanal) als leitfähige Schicht zwischen Quelle und Drain auftreten. Es gibt den Enhancements-Modus und den Depletion-Modus: Im Enhancement-Modus existiert der Kanal bei Vg=0 praktisch nicht; erst durch Überschreiten der Schwellenspannung bildet sich der Kanal. Im Depletion-Modus ist auch bei Vg=0 bereits ein Kanal vorhanden, der durch Gate-Spannung weiter verändert wird.

Außerhalb von MOSFETs treten Halbleiterkanäle in anderen Feld-Effekt-Transistoren auf, etwa HFETs (Heterostruktur-FETs) oder MESFETs, häufig an Grenzflächen oder in Heterostrukturen. Dort kann der Kanal durch die Bildung einer zweidimensionalen Elektronengas (2DEG) entstehen und wird ebenfalls durch externe Felder gesteuert.

Die Eigenschaften des Halbleiterkanals, wie Trägerdichte, Mobilität, Geometrie und Temperatur, bestimmen den Kanalstrom Ids zwischen Source und Drain. In digitalen Schaltungen dient der Kanal als steuerbares Verbindungs- oder Widerstandselement, während er in analogen Anwendungen als variabler Widerstand oder Verstärker fungiert.

Moderne Halbleiterkanäle werden aus Silizium, Silizium-Germanium oder III-V-Halbleitern wie GaAs oder InP hergestellt und bilden die Grundlage moderner integrierter Schaltungen.