
Feldeffekt-Transistor (FET)
Mit dem Regler kannst du das Potential am Steuer-Gate verändern und da-durch den Transistor öffnen oder schließen.
Erklärung:
Der Feldeffekt-Transistor (FET) ist der zentrale Baustein in der Halbleiter-Technologie. In der Digitaltechnik wird er überall dort eingesetzt, wo Ströme geschaltet werden müssen. Logische Verknüpfungen werden aus Transistoren aufgebaut, Prozessoren und Speicherbausteine enthalten weit über 100 Millionen Transistoren.
Ein Transistor besitzt drei elektrische Anschlüsse. Die Elektronen fließen von Source nach Drain. Der dritte Anschluss, das Gate, dient zur Steuerung des Source-Drain Stroms mittels einer angelegten elektrischen Spannung. Unter dem Source- sowie dem Drain-Kontaktgebiet ist der Silizium-Halbleiter n-leitend, das heißt Elektronen tragen zum Stromfluss bei. Getrennt sind diese beiden Bereiche durch das p-leitende Kanalgebiet, das im Ausgangszustand ohne weitere angelegte Spannungen Source und Drain voneinander isoliert.
Der metallische Gate-Kontakt ist durch einen dünnen Isolator (das Gate-Oxid), vom Kanalgebiet elektrisch isoliert. Der Name dieser Transistoren – MOS-FET – geht auf diese Anordnung (Metall/Oxid/Halbleiter bzw. englisch metal/oxide/semiconductor) der Schichten am Gate-Kontakt zurück, der für die Steuerung des Stromflusses sorgt.
Eine elektrische Spannung am Gate-Kontakt beeinflusst die Leitungseigenschaften des darunter liegenden Kanalgebiets. Oberhalb einer gewissen Spannung tritt Inversion im Kanalgebiet ein. Aus dem p-leitenden Silizium wird in einem immer größeren Bereich ein n-leitendes Material, welches schließlich Source und Drain leitend verbindet. Stromfluss von Source nach Drain ist dann möglich, der Transistor ist leitend. Neben diesem n-MOSFET (negative conducting MOSFET) gibt es auch ein Bauelement, durch welches ein Strom aus Löchern (= Elektronen-Fehlstellen) fließen kann. Diesen nennt man p-MOSFET (positive conducting MOSFET).
Für verschiedene Anwendungen existieren unterschiedliche Geometrien des Transistors, so dass z.B. eine bessere Strombelastbarkeit für Anwendungen in der Leistungselektronik möglich ist oder eine bessere Steuerbarkeit bei kleinen Spannungen im Prozessorbereich erreicht werden kann. Transistoren in modernen CPU sind mittlerweile auf unter 100 nm geschrumpft. Dabei wird auch das Gate-Oxid immer dünner und durchlässiger für Elektronen. Diese Leckströme sind aber unerwünscht und führen nur zu einer zusätzlichen Erwärmung der CPU. Anstelle eines dünneren Oxids zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit oder Taktfrequenz der CPU verwendet man inzwischen sogenannte High-K Materialien. Damit kann man das Gate-Oxid dicker machen, bei gleicher oder schnellerer Schaltgeschwindigkeit, jedoch ohne störende Leckströme. Ein Beispiel ist das Hafniumoxid moderner Computerprozessoren.
Der Feldeffekt-Transistor (FET) ist der zentrale Baustein in der Halbleiter-Technologie. In der Digitaltechnik wird er überall dort eingesetzt, wo Ströme geschaltet werden müssen. Logische Verknüpfungen werden aus Transistoren aufgebaut, Prozessoren und Speicherbausteine enthalten weit über 100 Millionen Transistoren.
Ein Transistor besitzt drei elektrische Anschlüsse. Die Elektronen fließen von Source nach Drain. Der dritte Anschluss, das Gate, dient zur Steuerung des Source-Drain Stroms mittels einer angelegten elektrischen Spannung. Unter dem Source- sowie dem Drain-Kontaktgebiet ist der Silizium-Halbleiter n-leitend, das heißt Elektronen tragen zum Stromfluss bei. Getrennt sind diese beiden Bereiche durch das p-leitende Kanalgebiet, das im Ausgangszustand ohne weitere angelegte Spannungen Source und Drain voneinander isoliert.
Der metallische Gate-Kontakt ist durch einen dünnen Isolator (das Gate-Oxid), vom Kanalgebiet elektrisch isoliert. Der Name dieser Transistoren – MOS-FET – geht auf diese Anordnung (Metall/Oxid/Halbleiter bzw. englisch metal/oxide/semiconductor) der Schichten am Gate-Kontakt zurück, der für die Steuerung des Stromflusses sorgt.
Eine elektrische Spannung am Gate-Kontakt beeinflusst die Leitungseigenschaften des darunter liegenden Kanalgebiets. Oberhalb einer gewissen Spannung tritt Inversion im Kanalgebiet ein. Aus dem p-leitenden Silizium wird in einem immer größeren Bereich ein n-leitendes Material, welches schließlich Source und Drain leitend verbindet. Stromfluss von Source nach Drain ist dann möglich, der Transistor ist leitend. Neben diesem n-MOSFET (negative conducting MOSFET) gibt es auch ein Bauelement, durch welches ein Strom aus Löchern (= Elektronen-Fehlstellen) fließen kann. Diesen nennt man p-MOSFET (positive conducting MOSFET).
Für verschiedene Anwendungen existieren unterschiedliche Geometrien des Transistors, so dass z.B. eine bessere Strombelastbarkeit für Anwendungen in der Leistungselektronik möglich ist oder eine bessere Steuerbarkeit bei kleinen Spannungen im Prozessorbereich erreicht werden kann. Transistoren in modernen CPU sind mittlerweile auf unter 100 nm geschrumpft. Dabei wird auch das Gate-Oxid immer dünner und durchlässiger für Elektronen. Diese Leckströme sind aber unerwünscht und führen nur zu einer zusätzlichen Erwärmung der CPU. Anstelle eines dünneren Oxids zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit oder Taktfrequenz der CPU verwendet man inzwischen sogenannte High-K Materialien. Damit kann man das Gate-Oxid dicker machen, bei gleicher oder schnellerer Schaltgeschwindigkeit, jedoch ohne störende Leckströme. Ein Beispiel ist das Hafniumoxid moderner Computerprozessoren.

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