Feldeffekttransistor

Der Feldeffekttransistor, meist als FET (field-effect transistor) bezeichnet, ist ein unipolarer Transistor. Unipolar daher, weil im Gegensatz zum bipolaren Transistor, je nach Typ, entweder nur Defektelektronen (Löcher) oder Elektronen am Stromtransport beteiligt sind. Das Prinzip des FET ist schon seit Ende der 1920er Jahre bekannt, jedoch kam er erst mit der Beherrschung der Silizium-Halbleitertechnologie zur Serienreife.

Funktionsweise

Aufbau N-Kanal-FET

Der FET hat drei Anschlüsse, Source (Zufluss, Quelle), Gate (Tor) und Drain (Abfluss). Beim MOSFET ist auch ein vierter Anschluss Bulk (Substrat) vorhanden. Dieser wird bei Einzeltransistoren bereits intern mit Source verbunden und nicht extra herausgeführt.

Aufbau N-Kanal-FET mit negativerer Gate-Source Spannung

Durch ein elektrisches Feld, hervorgerufen durch eine Steuerspannung zwischen Gate und Source, wird die Leitfähigkeit des Source-Drain-Kanals des Feldeffekt-Transistors beeinflusst. Je nach benutztem Effekt wird unterschieden zwischen MOSFET und JFET (Junction- oder Sperrschicht-FET). JFETs nutzen einen in Sperrrichtung betriebenen p-n-Übergang, um das elektrische Feld zu bilden. Theoretisch kann dieser auch in Flussrichtung betrieben werden, was allerdings den Vorteil der leistungslosen Ansteuerung zunichte macht.

Der entscheidende schaltungstechnische Unterschied zum bipolaren Transistor besteht in der bei niedrigen Frequenzen praktisch leistungslosen Ansteuerung des FET, es wird lediglich eine Steuerspannung benötigt.

Aufbau N-Kanal-FET mit abgschnürtem N-Kanal

Ein weiterer Unterschied ist der Ladungstransport in dem unipolaren Source-Drain-Kanal. Diese Tatsache ermöglicht prinzipiell einen inversen Betrieb des FET, d.h. Drain und Source können vertauscht werden. Allerdings trifft dies nur auf sehr wenige FETs zu, weil die meisten Typen sowohl unsymmetrisch aufgebaut als auch die Anschlüsse Bulk und Source intern verbunden haben.

Zudem kann der unipolare Kanal als bidirektionaler Widerstand benutzt werden und somit nicht nur Gleich-, sondern auch Wechselströme beeinflussen, was z.B. bei Dämpfungsschaltungen (Abschwächer, Muting) genutzt wird.

Spezielle Feldeffekt-Transistoren

Es gibt folgende Feldeffekt-Transistor-Arten:

• Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor (JFET)
• Schottky-Feldeffekt-Transistor (MESFET)
• Metalloxidhalbleiter-Feldeffekt-Transistor (MOSFET)
• High Electron Mobility Transistor (HEMT)
• Ionen-Sensitiver Feldeffekt-Transistor (ISFET)

• Organischer Feldeffekttransistor (OFET)

Typen und Schaltsymbole

Verarmungs FETs unter typischen Spannungen . JFET, poly-silicon MOSFET, double gate MOSFET, metal gate MOSFET, MESFET. Verarmung , Elektronen Löcher, Metall, Weiß= Isolator

Neben den abgebildeten Symbolen sind auch noch weitere üblich. Insbesondere im amerikanischen Sprachraum werden die MOSFET-Typen durch einen Pfeil auf dem Source-Anschluss gekennzeichnet (vgl. z.B. http://www.innovatia.com/Design_Center/Transistors.htm). Hierbei deutet der Pfeil die technische Stromrichtung im typischen Betriebszustand an, d.h. bei einem PMOS-Transistor (n-dotiertes Substrat, p-dotiertes Source und Drain, --> PNP) zeigt der Pfeil vom Gate weg, bei einem NMOS-Transistor (p-dotiertes Substrat, n-dotiertes Source und Drain, --> NPN) zum Gate hin.

FET-Grundschaltungen

Für Feldeffekttransistoren gibt es drei Grundschaltungen:

Siehe auch

Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)

Weblinks

• interaktive Erklärung von FETs