Feldeffekttransistor

Anders als bei herkömmlichen Transistoren fließt bei Feldeffekttransistoren kein Strom über pn-Übergänge, sondern über einen Halbleiterkanal eines Leitungstyps (n- oder p-leitend). Die elektrische Leitfähigkeit des Kanals kann mithilfe eines äußeren elektrischen Feldes beeinflusst werden. Feldeffekttransistoren eignen sich sehr gut zur Verwendung in integrierten Schaltkreisen.

Ein Feldeffekttransistor (FET) besteht aus unterschiedlich dotierten Schichten eines Grundmaterials, meist Silicium. Die Anschlüsse bei einem FET heißen Source S (Quelle, Zufluss), Drain D (Senke, Abfluss) und Gate G (Tor). Der Arbeitsstromkreis wird zwischen S und D geschaltet. Im Transistor befindet sich zwischen S und D ein Kanal, dessen Leitfähigkeit durch die Spannung zwischen S und G beeinflusst wird. Das Gate wirkt also als Steuerelektrode auf den Kanal. Es ist vom Kanal völlig isoliert, woraus eine wichtige Besonderheit der FETs resultiert: FETs werden stromlos und damit auch leistungslos gesteuert.

Der Kanal kann durch verschiedene Herstellungsverfahren entweder selbstleitend oder selbstsperrend ausgelegt sein. Selbstsperrende Kanäle haben einen sehr hohen Widerstand, sofern zwischen S und G keine Steuerspannung anliegt. Schaltet man die Steuerspannung ein, dann reichern sich Ladungsträger im Kanal an, der dadurch elektrische leitend wird.
Selbstleitende Kanäle lassen den Strom ohne Steuerspannung passieren. Beim Zuschalten der Steuerspannung werden die Ladungsträger aus ihnen herausgedrückt, sodass ihr Widerstand immer höher wird. Je nach Kanaltyp und Art der Ladungsträger im Kanal unterscheidet man zwischen verschiedenen FETs.

Nachfolgend wird das Funktionsprinzip eines speziellen FETs, eines MOSFETs näher erläutert, bei dem der Kanal zunächst nicht leitend ist. Im Arbeitsstromkreis zwischen S und D fliesst kein Strom. Durch die positive Ladung an G werden Elektronen aus dem Silicium-Grundmaterial in den Kanal gezogen und unterhalb der Isolierschicht gesammelt. Dort stehen sie als frei bewegliche Ladungsträger für den Strom zwischen S und D zur Verfügung. Das Gate der MOSFETS besteht aus Metall, die Isolierschicht aus Siliciumoxid. Daraus erklärt sich auch ihre Bezeichnung: metall oxid semiconductor (Metall-Oxid-Halbleiter).