NMOStransistoren

Ein NMOS-Transistor, kurz NMOS oder n-Kanal-MOSFET, ist ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, bei dem der leitende Kanal aus Elektronen besteht. In der Standardkonfiguration liegt eine n+-Dotierung in einem p-Substrat (oder in einer n-Well-Architektur) vor. Der Gate-Anschluss ist durch eine dünne Isolation, das Gate-Dielektrikum, vom Halbleiter getrennt. Zwischen Quelle und Drain liegen zwei n+-Regionen, die als Anschlüsse dienen.

Die Leitfähigkeit wird durch das Gate-Signal gesteuert. Wird Vgs größer als die Schwelle Vth, bildet sich unter der Gate-Oberfläche eine n-Inversionsschicht, der Kanal, durch den ein Stromfluss von Drain nach Source möglich ist. So wird der Transistor leitend. Der Strom hängt neben Vgs auch von Vds ab; im linearen Bereich lässt sich Id grob als Funktion von (Vgs−Vth) und Vds beschreiben. Der Effekt, dass die Schwelle durch eine Verschiebung der Substratspannung (Body- bzw. Bulk-Bias) variiert, wird als Body-Effekt bezeichnet.

Es gibt zwei Hauptvarianten: Enhancement-mode-NMOS, bei dem der Transistor normalerweise off ist und erst bei Vgs > Vth leitfähig wird; depletion-mode-NMOS, bei dem bereits bei Vgs=0 ein Kanal vorhanden ist und durch Änderung von Vgs ab- oder eingesetzt werden kann. Heutzutage werden NMOS-Transistoren vor allem in CMOS-Prozessen gemeinsam mit PMOS-Transistoren eingesetzt; historische NMOS-Logik verwendete NMOS-Transistoren als Pull-down-Elemente.

Vorteile eines NMOS sind der relativ hohe Elektronen-Mobilität, wodurch sich hohe Drive-Current und schnelle Schaltzeiten ergeben. Herausforderungen umfassen Kurzkanal-Effekte, Hot-Carrier-Streuung und Zuverlässigkeit des Gate-Oxids bei miniaturisierten Strukturen.