Bänderdiagramm des MOSFET
Das folgende Applet stellt die Funktionsweise des MOSFET mit Hilfe des Bänderdiagramms (vgl.: 3D-Darstellung des Bänderdiagramms eines MOSFET) dar. Gate-, Drain- und Bulk-Potenzial können dabei von dem Nutzer jeweils gegenüber dem Source-Potenzial (Bezugspotenzial) geändert werden.
Man sieht:
- Durch die unterschiedlichen Lagen der Bandkanten Wv und Wc relativ zum Ferminiveau bei unterschiedlichen Dotierungen (vgl.: Darstellung des Ladungsträgertransportes im Bänderdiagramm), stellt das Bulk-Gebiet (p-dotiert) eine Potenzialbarriere dar, die Elektronen überwinden müssen, wenn sie sich von der n-dotierten Source zu der n-dotierten Drain bewegen.
- Erhöht man bei UGS=0 das Potenzial an der Drain-Elektrode (UDS>0), verschieben sich dort das Ferminiveau und demzufolge auch die Bandkanten Wc und Wv entsprechend nach unten, die Elektronen können aber die nach wie vor existierende Potentialbarriere zwischen Source und Drain nicht überwinden, so dass kein Strom fließt.
- Erhöht man das Potenzial an der Gate-Elektrode, bleibt das Ferminiveau im Bulk zwar auf unverändertem Niveau, die Bandkanten Wc und Wv verschieben sich jedoch im Bereich des Gates relativ zum Ferminiveau nach unten (siehe auch: Bänderdiagramm einer MOS-Struktur) und die Potenzialbarriere zwischen Source und Drain verringert sich. Bei hinreichend großer Gatespannung (UGS>Uth) kann demnach ein Strom zwischen Source und Drain fließen, sofern eine Spannung UDS anliegt.
- Ein Erhöhen des Bulk-Potenzials (USB<0) verschiebt hingegen das Ferminiveau im Bereich des Bulks nach oben und damit auch die Potenzialbarriere. Unter sonst gleichen Bedingungen muss also jetzt eine höhere Gatespannung UGS angelegt werden, um einen Stromfluss zwischen Source und Drain zu erhalten. Diesen Effekt bezeichnet man auch als Substratsteuereffekt.