MOSFETTransistoren

MOSFETTransistoren, kurz MOSFET, sind Halbleiterbauelemente, deren Kanal zwischen Quelle (Source) und Drain durch das am Gate angelegte elektrische Feld gesteuert wird. Typischer Aufbau: Gate besteht aus Metall oder Metalloxid und ist durch eine dünne Oxidschicht isoliert – meist Siliziumdioxid – vom darunterliegenden Halbleitersubstrat getrennt. Die Quell- und Drain-Regionen sind dopierte Bereiche am Substrat, während der Body bzw. Bulk als gemeinsamer Referenzpunkt dient.

Funktionsprinzip: Wird eine Gate-Source-Spannung Vgs angelegt, verändert sich die Ladungsträgerdichte im Kanal unter dem Gate. Bei ausreichender Vgs bildet sich ein leitfähiger Kanal zwischen Source und Drain; je nach Vorzeichen arbeiten MOSFETs als n-Kanal- oder p-Kanal-Typ. Es gibt Varianten wie Enhancement- und Depletion-Modus, die sich im Grundbetrieb unterscheiden.

Typen und Technologie: Die gängigsten Typen sind n-Kanal-MOSFETs und p-Kanal-MOSFETs. In der Praxis werden oft CMOS-Schaltungen verwendet, die n- und p-Typen kombinieren. In der Leistungselektronik kommen leistungsfähige MOSFETs (z. B. Trench- oder Planar-MOSFETs) zum Einsatz, und moderne 3D-Strukturen wie FinFETs erhöhen Dichte und Effizienz.

Anwendungen und Eigenschaften: MOSFETs dienen als schnelle Schalter in digitalen Schaltungen, als Verstärker in analogen Anwendungen sowie als Leistungsschalter in Netzteilen und Motorsteuerungen. Vorteile sind hohe Eingangsimpedanz, geringe Leckströme im Ruhezustand, schnelle Schaltzeiten und einfache Integration in integrierte Schaltungen. Herausforderungen umfassen Variationen der Schwellenspannung, Leckströme im Off-Zustand und Empfindlichkeit gegenüber elektrostatischer Entladung.

Entwicklung: Seit den 1960er-Jahren dominieren MOSFETs die Mikroelektronik, insbesondere in der CMOS-Technologie. Weiterentwicklungen wie FinFETs, Gate-All-Around-Strukturen und andere 3D-Architekturen erhöhen Dichte und Leistungseffizienz.