Techniklexikon

Feldeffekttransistor

Engl. field effect transistor. Abk. FET. Unipolarer Transistor. Transistor, bei dem nur eine Ladungsträgerart, die Majoritätsträger, am Stromtransport, der innerhalb eines Kanals von Source nach Drain verläuft und mit Hilfe eines zwischen Gate und Source anliegenden elektrischen Felds gesteuert werden kann, beteiligt ist. Die Möglichkeit der Steuerung des Stromflusses zwischen Source und Drain durch ein zusätzliches transversales elektrisches Feld nennt man Feldeffekt. Es gibt zwei grundsätzliche Möglichkeiten, den Feldeffekt zu nutzen: über die Bildung einer Inversionsschicht und deren Anreicherung oder Verarmung an Ladungsträgern durch La-dungsträgerinfluenz oder über die Variation des wirksamen Kanalquerschnitts durch die Steuerung der Ausdehnung einer Raumladungszone an einem pn- bzw. Schottky-Übergang. Entsprechend unterscheidet man bei den F. IGFET, SFET und MESFET. Einer der wichtigsten Parameter von F. ist neben den zulässigen Strom- und Spannungswerten die Schwellspannung (engl. threshold voltage) bzw. die Abschnürspannung (engl. pinch off voltage). Es ist die GateSource-Spannung, bei der der Strom zwischen Source und Drain anfängt zu fließen bzw. bei der er gerade aufhört zu fließen. Der Minimalwert des Drainstroms, auf den man sich bezieht, muß bei Angabe der Schwell- bzw. Abschnürspannung mit angegeben werden. Gleichzeitig gibt die Abschnürspannung bei den Depletion-Tran-sistoren mit einer GateSource-Spannung von ±0 V die SourceDrain-Spannung an, bei der durch einen durch Stromfluß im Kanal hervorgerufenen Spannungsabfall der Kanal abgeschnürt wird und eine Sättigung des Drainstroms auftritt. Das F. wird aus der Fermi-Dirac-Verteilung abgeleitet, die in Abhängigkeit von der Temperatur angibt, wie groß die Wahrscheinlichkeit dafür ist, daß ein erlaubtes Energieniveau mit Elektronen besetzt ist. Der Wahrscheinlichkeitswert liegt dabei zwischen 0 und l. Als F. £F wird dasjenige Energieniveau bezeichnet, dessen Besetzungswahr-scheinlichket 0, 5 beträgt. Es liegt für Halbleiter und Isolatoren in der verbotenen Zone, bei Metallen in einem erlaubten Energieband. Die spezielle Lage des F. hängt vom Verhältnis der Elektronendichte n zur Löcherdichte p ab, d. h. von der Dotierung. Bei i-Halbleitern liegt das F. für jede Temperatur genau in der Mitte der verbotenen Zone, in n- bzw. p-Halbleitern nahe dem Leitungs- bzw. Valenzband. Bei Grenzflächen stellt sich stets ein einheitliches F. ein, wodurch i. allg. Bandverbiegungen hervorgerufen werden. Die Lage des F. ist deshalb z. B. für die Konstruktion des Energiebandschemas von Halbleiterübergängen usw. von großer Bedeutung. Elektronik, Halbleiterphysik, FET, ein Halbleiterbauelement zur Verstärkung und Steuerung von Signalen. Im Gegensatz zum Bipolar-Transistor ist nur eine Ladungsträgerart am Stromtransport beteiligt (Unipolar-Transistor). FETs werden in der analogen und der digitalen Elektronik eingesetzt. Wie bei den Bipolar-Transistoren haben sie drei Anschlüsse, die mit Source, Drain und Gate bezeichnet werden. Die Funktionsweise beruht auf zwei verschiedenen Prinzipien: 1) Steuerung des Querschnittes eines leitenden Kanals und 2) Steuerung der Ladungsträgerdichte in einem leitendem Kanal. Nach dem ersten Prinzip arbeitet der Sperrschicht-Feldeffekttransistor (JFET) und nach dem zweiten der MOS-Feldeffekttransistor. Letzterer eignet sich wegen seiner einfachen Struktur hervorragend für die Herstellung von integrierten Schaltungen. Analog zum Bipolar-Transistor sind drei Grundschaltungen möglich: Source-Schaltung, Drain-Schaltung und Gate-Schaltung.

Feldeffekttransistor: a) Schematischer Querschnitt durch einen Sperrschicht-Feldeffekttransistor bei angelegten Spannungen; b) planare Form eines Sperrschicht-Feldeffekttransistors, die sich besonders für den Einsatz in integrierten Schaltungen eignet.