MOSFETs – Transistoren für integrierte Schaltkreise

Transistoren sind aufgrund ihrer Struktur relativ große Bauteile und können nicht beliebig kleiner gemacht werden. Außerdem werden sie durch die zahlreichen Rekombinationsvorgänge sehr heiß. Da man für die Rechenleistung moderner Computer sehr viele dieser kleinen Schalter benötigt, sind sie dafür ungeeignet. Viel kleiner als die herkömmlichen Transistoren sind die MOSFETs. Die Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors. Ein MOSFET besteht aus einer Schicht mit p-dotiertem Halbleitermaterial, in das zwei n-dotierte Bereiche eingelassen sind. Diese sind mit dem Minuspol und dem Pluspol eines Stromkreises verbunden. Der Anschluss am Minuspol heißt „Source“, der am Pluspol „Drain“. Ein dritter Anschluss, unter dem p-Leiter, wird „Base“ genannt. Das Halbleitermaterial ist mit einer Schicht Oxid bedeckt, die es vom zentralen Anschluss, dem „Gate“, isoliert. Legt man eine Spannung an, so dass das Gate positiv ist, entsteht ein elektrisches Feld, das die Elektronen aus dem p-Leiter in Richtung Gate zieht. Hier bilden sie einen Elektronenkanal zwischen den beiden n-Leitern. Der Stromkreis zwischen Source und Drain ist jetzt geschlossen. Wenn das Gate negativ geladen ist, werden die Elektronen abgestoßen. Der Elektronenkanal wird unterbrochen. Zwischen Source und Drain kann kein Strom mehr fließen. MOSFETs sind also mikroskopisch kleine Schalter, die durch einen Wechsel der Spannung am Gate den Hauptstromkreis an- und ausschalten können. Auf modernen Computerchips können sich mehrere Milliarden dieser MOSFETs befinden. Die Entfernung zwischen Source und Drain beträgt da nur wenige Nanometer. Das ermöglicht Milliarden von Schaltvorgängen pro Sekunde und führt zu einer enormen Rechenleistung. Nur so funktionieren Smartphones, Laptops und Tablets, Digitalkameras und Flachbildschirme. Die Halbleitertechnologie ist mittlerweile ein unverzichtbarer Bestandteil unseres modernen Lebens.