Lernprogramm MOS-Transistor: MOS-Transistor-Arten

Diplomarbeit: Webbasiertes exploratives Tutorial zur Lehrveranstaltung EIS "Funktionsweise des MOS-Transistors"

Welche anderen MOS-Transistor-Arten existieren?



Anreicherungs-Typen (selbstsperrend)	Ein Transistor vom Anreicherungstyp beginnt erst zu leiten, wenn eine Spannung \|U_GS\|>0 angelegt wird. Er wird als "selbstsperrender" Transistor bezeichnet. In den letzten Tutorial-Kapiteln wurde die Funktionsweise des selbstsperrenden NMOS-Transistors ausführlich erklärt. Es existiert noch ein zweiter Transistor vom Anreicherungstyp: der selbstsperrende PMOS-Transistor.

selbstsperrender PMOS -Transistor Symbol Aufbau: selbstsperrender PMOS	Der PMOS-Transistor basiert auf einem n-dotierten Substrat, welches durch Diffusion an zwei Stellen p-dotiert ist. Auf das Substrat wird, wie beim NMOS-Transistor, ein Dielektrikum und ein Metall aufgebracht. Anders als beim NMOS-Transistor wird, da die Ladungsträger die Löcher sind, der Anschluß, an dem das höhere Potential anliegt, mit Source bezeichnet. Wird eine Gate-Source-Spannung, die kleiner als die Schwellwertspannung ist, angelegt, werden Elektronen von der Grenzschicht verdrängt, so daß ein p-leitender Kanal entsteht. Die Schwellwertspannung liegt beim PMOS-Transistor im negativen Bereich. Wird die Drain-Source-Spannung verringert bzw. die Source-Drain-Spannung erhöht, indem das Potential an der Source erhöht wird, beginnt Strom zu fließen. Am Anfang wächst die Stromstärke \|I_DS\| linear zu der Verminderung von U_DS. Wenn U_DS kleiner U_GS-U_TH wird, befindet sich der Transistor im Sättigungszustand, d.h. bei einer Verminderung von UDS ist keine Erhöhung der Stromstärke \|I_DS\| mehr zu erwarten. Für die einzelnen Zustandsbereiche des Transistors gilt: Sperrbereich: wenn U_GS > U_TH folgt I_DS = 0V Triodenbereich / Linearer Bereich: wenn U_GS < U_TH und 0V >= U_DS >= U_GS-U_TH folgt I_DS= -beta((U_GS-U_TH)U_DS-(U_DS²/2)) Sättigungsbereich: wenn U_GS < U_TH und U_DS < U_GS-U_TH folgt I_DS= -(beta/2) (U_GS-U_TH)²
Beobachten Sie die einzelnen Zustandsbereiche und die Kennlinien selbstsperrender PMOS-Transistor
	Der PMOS-Transistor zeigt die gleiche Funktionalität wie der NMOS-Transistor, er wird jedoch nur selten eingesetzt. Dies ist damit zu begründen, daß die Beweglichkeit der Löcher kleiner ist, als die der Elektronen. Daher schaltet ein PMOS-Transistor mit p-dotiertem Kanal langsamer, als ein NMOS-Transistor mit einem n-dotierten Kanal. PMOS-Transistor werden hauptsächlich in CMOS-Schaltungen eingesetzt, wo zu jedem NMOS-Transistor ein korrespondierender PMOS-Transistor existiert.

Verarmungs-Typen (selbstleitend)	Um einen Transistor vom Verarmungstyp zu erzeugen, wird ein schwach dotiertes Implant in den Kanal diffundiert. Dies bewirkt, daß der Transistor bei einer Gate-Source-Spannung von 0V leitet. Daher werden Transistoren dieses Typs auch als "selbstleitende" Transistoren bezeichnet. Um den Transistor zu sperren, muß eine Spannung \|U_GS\|>0 angelegt werden.

selbstleitender NMOS-Transistor Symbol Aufbau: selbstleitender NMOS-Transistor	Beim selbstleitenden NMOS-Transistor wird das p-dotierte Substrat zwischen den beiden n-dotierten Bereichen leicht n-dotiert. Dies bewirkt, daß der Transistor bei U_GS>U_TH leitet. U_TH liegt im negativen Bereich. Er leitet daher auch, wenn U_GS=0V ist. Damit der Transistor sperrt, muß eine Gate-Source-Spannung angelegt werden, welche kleiner als der Schwellwert U_TH ist. Ein üblicher Schwellwert bei einer Versorgungsspannung von 5V ist U_TH= -4V. Durch die negative Spannung werden die Elektronen aus dem Implant verdrängt. Der selbstleitende NMOS-Transistor wird z.B. bei der Realisierung eines NMOS-Inverters eingesetzt. Er erfüllt dort die Funktion eines Last-Transistors (PULL-UP-Transistor). In der einfachsten Form wird ein Inverter mit einem Widerstand und einem selbstsperrenden Schalttransistor (PULL-DOWN-Transistor) realisiert. Dieser Widerstand kann bei hohen Lasten sehr groß werden und damit wertvollen IC-Platz belegen. Deshalb wird ein selbstleitender Transistor als Widerstand verwendet. Bei einem NMOS-Inverter wird ein selbstleitender NMOS-Transistor als Last-Transistor eingesetzt. Nähere Informationen über Last-Transistoren und Inverter können im Vorlesungs-Skript nachgelesen werden.
Beobachten Sie die einzelnen Zustandsbereiche und die Kennlinien. selbstleitender NMOS-Transistor Die schwarze Linie zeigt das schwach dotierte Implant

selbstleitender PMOS -Transistor Symbol Aufbau: selbstleitender PMOS-Transistor	Beim selbstleitenden PMOS-Transistor wird das n-dotierte Substrat zwischen den beiden p-dotierten Bereichen leicht p-dotiert. Dies bewirkt, daß der Transistor bei U_GS<U_TH leitet. U_TH liegt im positiven Bereich. Er leitet daher auch, wenn U_GS=0V ist. Damit der Transistor sperrt, muß eine Gate-Source-Spannung angelegt werden, welche größer als der Schwellwert U_TH ist. Ein üblicher Schwellwert bei einer Versorgungsspannung von 5V ist U_TH= 4V. Durch die positive Spannung werden die Elektronen in das p-dotierte Implant gezogen. Mit einem selbstleitenden PMOS-Transistor kann wie beim NMOS-Transistor ein Inverter realisiert werden. Ein PMOS-Inverter verwendet einen selbstleitenden PMOS-Transistor als PULL-UP-Transistor und einen selbstsperrenden PMOS-Transistor als PULL-DOWN-Transistor.
Beobachten Sie die einzelnen Zustandsbereiche und die Kennlinien. selbstleitender PMOS-Transistor Die schwarze Linie zeigt das schwach dotierte Implant

Weiterführende Themen	Themen, die mit dem Thema MOS-Transistor eng in Zusammenhang stehen, sind: Kennlinien und Formeln des NMOS Transistors Der Bodyeffekt Unterschiede zwischen den MOS-Transistor-Arten (diese Seite) Sie erreichen diese Themen auch beim "Blättern".

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Experimentiermodule:
Diode Kondensator Transistor