Mosfet < Elektrik < Physik < Naturwiss. < Vorhilfe
|
| Status: |
(Frage) beantwortet  | | Datum: | 22:38 Mo 11.02.2008 | | Autor: | Bastiane |
Hallo zusammen!
Wir hatten in der Vorlesung MOSFET, und ich verstehe das nicht so ganz. Also wir haben da ein Gate, das durch einen Isolator (meistens Siliziumoxid) vom p-Substrat getrennt ist (bei einem n-Kanal-MOSFET). Nun heißt es, wenn eine positive Spannung zwischen Gate und Bulk angelegt wird, bewegen sich die Elektronen des Substrats Richtung Gate (also zum Siliziumoxid), und ab einer Schwellspannung entsteht eine leitfähige Schicht, so dass dann Strom von Source nach Drain fließen kann.
Aber bei einem n-Kanal-MOSFET, also einem p-Substrat, haben wir doch eigentlich keine freien Elektronen. Jedenfalls hieß es in der Vorlesung, dass p-dotierte Halbleiter nur 3 Elektronen in der äußersten Hülle haben, und somit ist in der ganzen Struktur ein Loch, also eine freie positive Ladung, keine negative.
Verstehe ich da etwas falsch? Könnte mir das jemand richtig erklären?
Viele Grüße
Bastiane
![[cap]](/images/smileys/cap.gif "[cap]")
|
|
| |
|
| Status: |
(Antwort) fertig  | | Datum: | 23:41 Mo 11.02.2008 | | Autor: | rainerS |
Hallo Bastiane!
> Wir hatten in der Vorlesung MOSFET, und ich verstehe das
> nicht so ganz. Also wir haben da ein Gate, das durch einen
> Isolator (meistens Siliziumoxid) vom p-Substrat getrennt
> ist (bei einem n-Kanal-MOSFET). Nun heißt es, wenn eine
> positive Spannung zwischen Gate und Bulk angelegt wird,
> bewegen sich die Elektronen des Substrats Richtung Gate
> (also zum Siliziumoxid), und ab einer Schwellspannung
> entsteht eine leitfähige Schicht, so dass dann Strom von
> Source nach Drain fließen kann.
> Aber bei einem n-Kanal-MOSFET, also einem p-Substrat,
> haben wir doch eigentlich keine freien Elektronen.
> Jedenfalls hieß es in der Vorlesung, dass p-dotierte
> Halbleiter nur 3 Elektronen in der äußersten Hülle haben,
> und somit ist in der ganzen Struktur ein Loch, also eine
> freie positive Ladung, keine negative.
Zunächst einmal gibt es in Halbleitern immer ein paar freie Elektronen und freie Löcher. Beim undotierten Halbleiter, zum Beispiel in reinem undotierten Silizium gibt es genauso viele freie Elektronen wie freie Löcher. Durch die Dotierung wird eine Sorte von Ladungsträgern angereichert, nicht die andere Sorte vollständig gebunden. Du hast ja bei einer p-Dotierung außer den dreiwertigen Atomen der Dotierung immer noch die vierwertigen Siliziumatome im Kristall.
In einem p-Substrat ohne die n-dotierten Source- und Drain-Regionen gibt es tatsächlich nur wenige freie Elektronen. Freie Elektronen können nur zusammen mit Löchern entstehen, indem zum Beispiel von außen durch ein Photon oder durch (thermische) Schwingungen des Kristallgitters dem Elektron Energie zugeführt wird, sodass es sich aus der äußersten Hülle löst.
(Das ist eigentlich gelogen, weil in Kristallen die einzelnen Atome nicht getrennt betrachtet werden dürfen. Durch die Kopplung der einzelnen Atome entstehen ganze Bereiche (Bänder) von möglichen Elektronenzuständen. Bei Halbleitern gibt es eine schmale Lücke zwischen dem Valenzband, in dem die Elektronen sozusagen an den Atomrümpfen festhängen, und dem Leitungsband, in dem sie sich frei bewegen und so zur elektrischen Leitung beitragen können.)
Diese wenigen freien Elektronen wandern unter dem Einfluss des elektrischen Feldes in Richtung Gate und bilden eine ![[]](/images/popup.gif) dünne Schicht.
Durch die stark n-dotierten Source- und Drain-Regionen gibt es eine zusätzliche Quelle freier Elektronen, die in das Substrat wandern, sobald die Gate-Spannung eine Schwelle überschreitet. Vereinfacht gesagt, bildet sich am Gate ein Potentialtopf aus, in den die Elektronen hineinfallen. Jetzt gibt es einen Kanal mit ausreichend großer Elektronenkonzentration, sodass ein Strom fließen kann.
Viele Grüße
Rainer
|
|
|
|
