Das Prinzip des sogenannten Metall-Oxid-Feldeffekttransistors, kurz MOSFET und dessen MOS-Struktur liegt in der Entstehung eines Kanals unter dem Gate, der in der Lage ist, zu leiten, wodurch eine leitende Verbindung zwischen den beiden Anschlüssen Drain und Source zu Stande kommt.

 

 

 

Metall-Oxid-Feldeffekttransistoren gibt es in verschiedenen Varianten, wobei hier der grafisch einfach dargestellte n-Kanal beschrieben wird. Bei diesem MOSFET ist das Grundmaterial (Bulk/Substrat) ein schwacher p-dotierter Kristall (Siliziumein). In dem Substrat werden zwei stark Gebiete, die n-dotiert sind, eingelassen. Diese erzeugen den Sourceanschluss und Drainanschluss. Es befindet sich zudem zwischen den zwei Gebieten auch weiterhin das Substrat. Dadurch kommt es zu einer sogenannten npn-Struktur. Generell verhindert diese einen Stromfluss. Oberhalb dieses Zwischenraums befindet sich jedoch noch eine äußerst dünne, widerstandsfähige Isolierschicht, wofür sich Siliziumdioxid eignet. Eine leitende Schicht dient als Anschluss für den Transistor-Gate. Diese wiederum wird auf dem angesprochenen Isolierstoff über dem zukünftigen Kanal aufgetragen. Während man früher Aluminium hierfür verwendete, bevorzugt man heute n+/p+ dotiertes Polysilizium, sogenanntes entartetes Polysilizium. Bei dem beschriebenen Aufbau besteht ein Kondensator aus Gate-, Bulk-Anschluss und der Isolierschicht. Legt man eine Spannung bei Gate und Bulk an, so wird der Kondensator geladen. Es entsteht ein Feld elektrischer Art, wodurch im Substrat Elektronen (Minoritätsträger) an die Grenzschicht wandern. Dadurch rekombinieren sie sich mit den Löchern (Majoritätsträger). Es kommt nun zur sogenannten Verarmung, bzw. die Majoritätsträger werden verdrängt. Bei geeigneter Spannung führt dieser Effekt zur Ansammlung von Minoritätsträgern wodurch das Substrat in der Nähe der Isolierschicht n-leitend wird. "Inversion" nennt man diesen Effekt. Es entsteht also ein dünner Kanal, der in der Lage ist, n zu leiten. Dieser führt zu einer Verbindung der n-Gebiete (Source und Drain), wodurch Ladungsträger fast ohne Störung von Source nach Drain fließen. Der Unterschied zwischen den beiden Anschlüssen (Source und Drain) liegt im meist unsymmetrischen Aufbau, sodass ein günstiges Verhalten erzielt wird. In der Regel wird Bulk im inneren Bereich mit Source verbunden. Es kommt zu einem Potentialunterschied zwischen Source und auf der anderen Seite Bulk, was Transistoreigenschaften und deren negative Beeinflussung, den sogenannten Body-Effekt erklärt. Auch wenn das für die Funktionsweise keinen Einfluss hat, entsteht dadurch eine weitere Diode zwischen Source- und Drainanschluss, welche parallel zum eigentlichen Transistor liegt.