MOSFET Funktionsweise im Halbleiter
Einleitung
Nun wissen wir bereits aus den einfachen Grundlagen des MOSFETS das durch ein Anlegen einer Spannung an den Gate-Anschluss ein Strom durch den Transistor fließen kann. Liegt keine Spannung an Gate an, kann auch kein Strom fließen.
⇨ Einfache Grundlagen des MOSFETS
Diese Funktionsweise beruht auf dem Aufbau des MOSFETS. Er besteht aus einem Halbleiter welcher zwei N-Dotierte-Bereiche und einen P-Dotierten-Bereich aufweist. Hierdurch entstehen die bestimmten Eigenschaften des MOSFETS
Halbleiter-Aufbau des MOSFET
Für den MOSFET wird ein Halbleiter wie gezeigt mit 2 N-Bereichen und einem P-Bereich dotiert. (NPN-MOSFET)
Nun wissen wir aus den Grundlagen des Dotierens, das der N-Bereich einen Überschuss an Elektronen aufweist und der P-Bereich einen Überschuss an Löchern.
⇨ Dotierung
An den Grenzen zwischen N und P-Dotierten-Bereich, kommt es zum sogenannten PN-Übergang.
⇨ PN-Übergang
Das bedeutet an der Grenze füllen die Überschüssigen freien Elektronen des N-Bereichs die freien Löcher des P-Bereichs. Es entsteht ein sogenannter Verarmungsbereich.
Verbindet man nun eine Spannungsquelle mit dem MOSFET (mit den N-Dotierten-Bereichen) kann kein Strom (Elektronen) durch den MOSFET fließen.
Grundprinzip des Kondensators
Damit der MOSFET leitend gemacht wird, findet das Prinzip des Kondensators Anwendung.
Ein Kondensator besteht aus 2 leitenden Platten. Zwischen beiden Platten befindet sich ein Isolator. Wird der Kondensator an eine Quelle angelegt, befinden sich auf einer Platte ein Elektronenüberschuss (Die Platte ist negativ geladen) und von der anderen Platte werden alle Elektronen abgezogen (Diese Platte ist positiv geladen).
Zwischen beiden Platten entsteht ein Elektrisches Feld.
⇨ Kondensator
Aufbau des MOSFET Gates
Dieses Prinzip findet auch beim MOSFET Anwendung. Eine Metallplatte wird über einen Isolator mit dem P-Dotierten Bereich verbunden.
So bildet die Metallplatte eine Platte des Kondensators, der P-Dotierte Bereich die andere Platte und ein Isolator trennt beide voneinander.
Die Metallplatte bildet den Gate-Anschluss.
Funktionsweise des Gates
An die Metallplatte (Gate) wird nun der Plus-Pol der Quelle geschlossen und der P-Dotierten Bereich des MOSFET wird mit dem Minus-Pol der Quelle verbunden.
Hierdurch werden die Elektronen vom Gate „abgesaugt“ wodurch das Gate positiv geladen ist. In den P-Dotierten Bereich fließen Elektronen hinein. Der P-Dotierte Bereich hat zwar einen Überschuss an Löcher, trotzdem gibt es dort auch freie Elektronen. Diese werden durch die positiv geladene Metallplatte (Gate) nach „oben“ gezogen.
Leitender Kanal
Wie kann nun ein Strom durch den MOSFET fließen?
Durch die Elektronen welches sich unter dem Isolator ansammeln, entsteht eine Art Kanal zwischen den beiden N-Dotierten Bereichen.
Stromfluss durch den MOSFET
Wird nun eine Quelle zwischen beide N-Dotierten Bereich angeschlossen, kann ein Strom fließen.
Die Elektronen der Quelle fließen in den N-Dotierten Bereich. Der PN-Übergang bzw. der Verarmungsbereich wird mit Elektronen „geflutet“ und verschwindet da