3D-Bänderdiagramm eines MOSFET
Das Applet zeigt den Verlauf des Bänderdiagramms eines MOSFET über dem Querschnitt des Bauelementes. Es wird der Einfluss von Gate- und Substratspannung auf den Verlauf der Bandkanten Wc und Wv schematisch dargestellt. In dem Applet liegt der Source-Anschluss auf 0V (Bezugspotenzial).
Man sieht:
- Da im thermodynamischen Gleichgewicht die Fermienergie Wf (hier nicht dargestellt) im Bauelement überall auf dem gleichen Niveau liegt, ist die relative Lage der Valenz- und Leitungsbandkanten in den einzelnen Gebieten von den dortigen Dotierungen abhängig (vgl. Darstellung des Ladungsträgertransportes im Bänderdiagramm). In den n-dotierten Source- und Draingebieten liegen die Bandkanten Wc und Wv demnach unterhalb denen im p-dotierten Bulk und es ergeben sich die im Diagramm dargestellten Potenzialverläufe.
- Damit Elektronen von der Source zur Drain wandern können, müssen diese erst die unterhalb des Gates liegende Potenzialbarriere überwinden. Die Höhe der Barriere hängt dabei insbesondere von den am Transistor anliegenden Spannungen ab:
- Durch Anlegen einer positiven Gatespannung (UGS>0) gegenüber dem Bezugspotenzial (Source) verschiebt sich das Ferminiveau an der Gate-Elektrode nach unten und die Bandkanten Wc und Wv im Bulk unmittelbar unterhalb des Gate "verbiegen" sich (vgl.: Bänderdiagramm einer MOS-Struktur). Dadurch verringert sich die Potenzialbarriere.
- Durch Anlegen einer negativen Bulkspannung (USB>0) gegenüber dem Bezugspotenzial (Source) verschieben sich das dortige Ferminiveau und damit die Bandkanten Wc und Wv im Bereich des Bulk nach oben und die Potentialbarriere erhöht sich.
- Ob ein Strom durch den Transistor fließen kann oder nicht, hängt somit von der Lage der Bandkanten unmittelbar unterhalb des Gates (im Bereich des Kanals) ab. In den nachfolgenden Applets ist daher lediglich der Verlauf der Bandkanten entlang der y-Achse bei x=0 dargestellt.