Feldeffekttransistoren ohne Gateoxid
Der MOSFET steuert seinen Kanal durch ein Isolatorgate. Das Gate zieht keinen Strom, und der Kanal entsteht erst, wenn die Gate-Spannung ihn erzeugt.
Es geht auch anders. Man kann den Kanal von vornherein dotieren und ihn durch eine Verarmungszone einschnüren, statt ihn zu erzeugen. Das Gate ist dann kein Isolator, sondern eine Sperrschicht — und die kann man auf drei Arten bauen.
| Das Gate ist | Kanalmaterial | |
|---|---|---|
| JFET | ein sperrgepolter pn-Übergang | dotiertes Silizium |
| MESFET | ein Schottky-Kontakt | dotiertes GaAs |
| HEMT (geplant) | ein Schottky-Kontakt über einer Heterostruktur | undotiertes 2DEG |
Was sie verbindet
Alle drei sind selbstleitend. Bei \(V_{GS} = 0\) fließt Strom; man muss die Gate-Spannung in Sperrrichtung treiben, um sie abzuschalten. Das ist der Grund, warum sie in der Digitaltechnik nie Fuß gefasst haben — eine Logikfamilie, die im Ruhezustand leitet, ist schwer zu bauen — und zugleich der Grund, warum sie in Analog- und HF-Technik ihren Platz behalten haben.
Alle drei folgen demselben Quadratgesetz. Die Kanalverengung durch eine Verarmungszone führt auf dieselbe Form, unabhängig davon, ob die Sperrschicht ein pn-Übergang oder ein Metallkontakt ist.
Und alle drei haben kein Gateoxid — also keine Oxidzuverlässigkeit, keinen Tunnelleckstrom, keine TDDB. Das ist ein Vorteil, den man erst zu schätzen weiß, wenn man die Ausfallmechanismen des MOSFET kennt.
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Der JFET
Der Sperrschicht-Feldeffekttransistor: ein dotierter Kanal, den zwei pn-Übergänge einschnüren -- selbstleitend, rauscharm, und mit einem Gate-Leckstrom im Pikoampere-Bereich.
Der MESFET
Ein Schottky-Kontakt als Gate statt eines pn-Übergangs: warum das schneller ist, warum es GaAs braucht -- und wo die Barrierenhöhe die Aussteuerung begrenzt.