M2 Feldeffekttransistor (MOSFET)

Thema

Die Gate-Spannung steuert den Betrieb dieses Feldeffekttransistors, indem sie den Kanal zwischen Drain und Source elektrisch modifiziert. Solange die Gate-Spannung unterhalb der Schwellenspannung liegt, lädt sich der Kanal nicht entsprechend dem Modell auf, um leitfähig zu sein. Sobald die Gate-Spannung die Schwellenspannung überschreitet, steigt die Kanalladung an. Eine weitere Erhöhung der Gate-Spannung über diesen Schwellenwert hinaus verstärkt die Kanalladung zusätzlich. Die Schwellenspannung definiert somit die Bedingung, ab der das Gate die Leitfähigkeit zwischen Drain und Source effektiv steuern kann.

Die durch die Gate-Spannung erzeugte Kanalladung hängt auch von der Oxidkapazität pro Flächeneinheit ab. Diese bestimmt die Stärke der elektrostatischen Steuerung des Kanals durch das Gate. Eine höhere Oxidkapazität pro Flächeneinheit führt bei gleichem Überschuss der Gate-Spannung über die Schwellenspannung zu einer größeren Kanalladung, während eine niedrigere Oxidkapazität pro Flächeneinheit eine kleinere Kanalladung zur Folge hat. Die Oxidkapazität pro Flächeneinheit bestimmt also, wie stark sich die Kanalladung bei einer Änderung der Gate-Spannung verändert.

Diese Kanalladung wiederum steuert den Drainstrom zwischen Drain und Source. Mit zunehmender Kanalladung steigt die Fähigkeit des Kanals, diesen Drainstrom zu leiten, wobei die Reaktion vom Betriebsmodus des Transistors abhängt. Im Triodenbetrieb leitet der Kanal über seine gesamte Länge, und der Drainstrom reagiert auf die Gate-Spannung und die elektrische Differenz zwischen Drain und Source. Sobald diese Differenz ausreichend groß ist, geht der Transistor in den Sättigungsbereich über, in dem der Drainstrom nicht mehr dem gleichen Anstiegsmuster wie im Triodenbetrieb folgt. Daher bestimmen die vom Gate erzeugte Kanalladung und der Betriebsmodus gemeinsam den Drainstrom.

Diese Steuerung des Drainstroms durch die Gate-Spannung ist die Funktion des Feldeffekttransistors, die in diesem Langkanalmodell beschrieben wird. Die Oxidkapazität pro Flächeneinheit bestimmt, in welchem ​​Maße die Gate-Spannung die Kanalladung verändert, die Schwellenspannung bestimmt, wann diese effektive Steuerung einsetzt, und die Kanalladung bestimmt, wie stark der Transistor im Trioden- und Sättigungsbereich leiten kann. Das Modell ermöglicht es uns somit, darzustellen, wie eine elektrische Aktion am Gate die Leitfähigkeit zwischen Drain und Source in einem Langkanal-Feldeffekttransistor steuert. Bei unzureichender Kanallänge treten Kurzkanaleffekte auf, die eine Korrektur durch ein anderes Modell erfordern, während die Empfindlichkeit des Drainstroms gegenüber der Gate-Steuerung durch die Transkonduktanz charakterisiert werden kann.

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