Diplomarbeit: Webbasiertes exploratives Tutorial zur Lehrveranstaltung EIS "Funktionsweise des MOS-Transistors"
Lösungen
Frage 1: Wie verändert sich die Struktur eines Silizium-Kristalls bei einer Temperaturerhöhung auf 300K?
Wird einem Kristall durch Temperaturerhöhung Energie zugeführt, kann ein Elektronen-Loch-Paar erzeugt werden. Durch die Zuführung von Energie löst sich ein Elektron aus der festen Verbindung und hinterläßt ein Loch. Das Elektron und das Loch würden dann zum Ladungstransport zur Verfügung stehen.
Frage 2: Wenn das Dioden-Dotierungsverhältnis 70% (n-dotiert) zu 30% (p-dotiert) beträgt, wohin breitet sich die Raumladungszone stärker aus? Begründen Sie Ihre Antwort.
Die Raumladungszone breitet sich stärker in das schwächer dotierte Gebiet aus, also in das p-dotierte Gebiet. Dies geschieht, weil im schwächer dotierten, gleichgroßen Gebiet weniger Ladungsträger für die Rekombination zur Verfügung stehen.
Frage 3: Wie kann eine Verstärkung durch die Dimensionierung eines Transistors erreicht werden?
Wenn die Breite im Verhältnis zur Länge des Transistors größer ist, wird eine Verstärkung erzeugt, dh. die Kurve wird eckiger und das Verhalten des Transistor nähert sich dem eines mechanischen Schalters an.
Frage 4: Wieso entsteht die Keilform des Kanals beim MOS-Transistor?
Durch die elektrischen Felder der Dioden und des Kondensators, die im Winkel von 90 Grad einander entgegen gerichtet sind, kommt es zu der Keilform der Inversionszone.
Frage 5: Kann ein n-p-n-Übergang leiten?
Nein, da immer ein n-p Übergang sperrt. Es wird ein Gate benötigt, um einen leitenden Kanal zu erzeugen.
Frage 6: Wann entsteht die Inversionszone bei einem MOS-Kondensator?
Die Inversionszone entsteht, wenn die Schellwertspannung überschritten wird.
Frage 7: Was muß unternommen werden, um die Schwellwertspannung bei einem MOS-Kondensator zu senken?
Da die Schwellwertspannung für einen bestimmten Kondensator konstant ist, kann eine Veränderung der Schwellwertspannung UTH z.B. durch eine Veränderung des Materials erreicht werden.
Frage 8: Wie wirkt sich der Bodyeffekt auf die Stromstärke aus?
Da die Schwellwertspannung steigt befindet sich der Transistor eher im Sättigungsbereich (0V <= UDS <= UGS-UTH) und die maximal erreichbare Stromstärke I fällt.
Frage 9: Wirkt sich eine Verschiebung des Dotierungsverhältnisses auf das Sperr-Verhalten des Transistors aus?
Nein, es ändert sich nur die Dichte der Ladungsträger, die Anzahl bleibt gleich. Die elektrischen Felder müssen daher genauso abgebaut werden.
Frage 10: Wie hoch ist die maximale Stromstärke I, die im Experimentiermodul "MOS-Transistor" erreicht werden kann?
17.0A mit Ugs = 2.5, Uds = 5.0, Uss = -2.6 und Uth = -2.6
Dabei handelt es sich um einen selbstleitenden NMOS-Transistor, da UTH kleiner 0V ist. Der Transistor leitet bei UGS = 0V .