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Feldeffekttransistoren Vortrag im Rahmen des Seminars Halbleiterbauelemente Von Thomas Strauß

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Präsentation zum Thema: "Feldeffekttransistoren Vortrag im Rahmen des Seminars Halbleiterbauelemente Von Thomas Strauß"—  Präsentation transkript:

1 Feldeffekttransistoren Vortrag im Rahmen des Seminars Halbleiterbauelemente Von Thomas Strauß

2 Gliederung Unterschiede FET zu normalen Transistoren FET – Anwendungsgebiete und Vorteile Die Feldeffekttransistorenfamilie JFET – Junction Field Effect Transistor MESFET – Metall Semiconductor Field Effect Transistor MOSFET – Metall Oxid Semiconductor Field Effect Transistor Zusammenfassung Quellen: Sze (Physic of Semiconductor Devices), Kassing (Physiklaische Grundlagen der Halbleiter Bauelemente), Müller (VL im Elektronikpraktikum),

3 Unterschiede zu anderen Transistoren FET Ausbildung eines leitfähigen Kanals zwischen Source und Drain Inversionsschicht Nur ein Ladungsträgertyp beteiligt Unipolarer Stromfluss Spannung am elektrisch isolierten Gate steuert Leitfähigkeit des Kanals Spannungsgesteuertes Bauteil Normale Transistoren Basis-Emitter-Übergang in Fluss-, Kollektor-Emitter-Übergang in Sperrrichtung Injektion von Ladungsträgern am Basis-Emitter-Übergang, Majoritäts- und Minoritätsladungsträger Bipolarer Stromfluss Kleiner Basisstrom steuert viel größeren Kollektorstrom Stromgesteuertes Bauteil

4 FET Anwendungsgebiete Analoge Schaltung Verstärkung von Signalen mit hohen Eingangsimpedanzen Mikrowellenverstärkung Integrierte Schaltkreise

5 FET Vorteile Temperaturkoeffizient negativ Einheitliche Temperaturabhängigkeit Kein Problem mit Speichereffekten Zusammenschaltungen klein

6 Die Feldeffekttransistorenfamilie Feldeffekttransistor JFETMESFETMOSFET

7 JFET – Junction Field Effect Transistor Theorie 1952 Shockley erstmals gebaut von Dacey und Ross Sperrschichttransistor V G kontrolliert I SD V SD entgegengesetzt zu V G geschaltet n - channel JFET

8 JFET long channel FET (L » a) Ladungsverteilung gleichförmig Poisson-Gleichung Abschnürstrom-/ Spannung Sättigungsstrom-/ Spannung Stromfluss

9 JFET Kennlinien 3 Regionen Lineare Region I SD ~ V SD Sättigungsbereich I SD ~ const Durchbruchszone I SD rasch ansteigend Leitfähigkeit des Kanals in x-Richtung

10 JFET Berücksichtigen einer komplexen Ladungsverteilung Keine großartigen Effekte bemerkbar Verteilung relativ egal

11 JFET Berücksichtigen von µ bei (L «a) in Si Bei kurzen/dicken FET Beweglichkeit spielt eine Rolle I SD = I SD / (1+ ( µV D / v S L)) I SDS = 3 I P (1 – u m ) / z

12 JFET Berücksichtigen von µ bei (L «a) in Si Bei GaAs ist verhalten noch komplizierter, 2-Regionen-Modell

13 JFET Realisierungen - Betriebsmöglichkeiten Normally on – bei VG=0 fließt bereits ein Strom Normally off – bei VG=0 fließt kein Strom

14 JFET Realisierungen - Bauweisen

15 MESFET – Metall Semiconductor Field Effect Transistor Vorhergesagt von Mead 1966 Gebaut von Hooper und Lehrer Ist im Prinzip genau das gleiche wie ein JFET, nur mit gleichrichtendem Metall-Halbleiterkontakt Hat aber Vorteile wie: Ausbildung der Barriere schon bei geringen Temperaturen Kleiner Widerstand entlang des Kanals Gute Wärmeableitung Nachteile JFET kann so gebaut werden, dass er für Hochfrequenz besser anwendbar ist

16 MESFET Realisierungen

17 MOSFET – Metall Oxid Semiconductor Field Effect Transistor U G bewirkt Inversion Kein Stromfluss über Gate möglich Ladungsabsaugung durch U SD Strom I SD ~ ε OX E OX U SD

18 MOSFET Inversionsschicht

19 MOSFET Bandstrukturen

20 MOSFET Theoretische Kennlinie Ausgangsleitwert G a = Z/L µ C OX (U G – U th -U SD ) Sättigungsspannung U SDS = U G - U th Steilheit S = Z/L µ C OX U SD S*=S/(ZL)=C OX / T

21 MOSFET Theoretische Kennlinie Kanalabschnürung Im Bereich l alte Betrachtung gültig Im zweiten Teil zweidimensionaler Feldverlauf

22 MOSFET Theoretische Kennlinie Bisher hieß es: Kurze Kanallängen sind ungünstig Wie kommen wir zu kleinen Bauteilen ??? Skalierung !!!

23 MOSFET Mooresches Gesetz Gordon E. Moore 1965 Direktor bei Fairchild Semiconductor

24 MOSFET Bauteile - Realisierungen VMOS UMOS intgr. CMOS HEXFET

25 MOSFET Bauteile - Speicherchip 0 1 Entladung Schreiben Löschen

26 MOSFET Bauteile – MOS Schaltkreise

27 Zusammenfassung FET sind Spannungsgesteuerte Bauelemente FET sind unipolar FET können verschieden realisiert werden FET Kennlinien unterscheiden sich vom Prinzip nicht, nur die Fixpunkte ändern sich


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