Bestimmt haben Sie schon einmal so vollkommen vermummte Gestalten in Laborräumen herumlaufen gesehen. Nein, mit Corona hat das nichts zu tun. Das sind auch keine üblichen Labor- sondern Hochreinräume. Dort werden z.B. sogenannte Wafer hergestellt, runde Scheiben, die unglaublich viel Elektronik enthalten.

Grundsätzlich gibt es diese Technik schon seit 1950. Begonnen hat das mit der Möglichkeit, Transistortechnik in dieser besonders platzsparenden Form herzustellen. Erfunden worden ist dies laut Wikipedia schon 1925 von Julius Lilienfeld, aber erst 1950 war man überhaupt in der Lage, so etwas in Hochreinräumen herzustellen.

Warum aber versucht man, von dem bis dahin bekannten Bipolartransistor, nur durch die Polung in pnp und npn unterschieden, wegzukommen? Es ist deren für die Maßstäbe der Elektronik hohe Energieverbrauch, auch wenn garnichts geschaltet werden sollte und die erkannte Notwendigkeit der Vereinfachung, wobei man die heute übliche Verkleinerung damals bestenfalls ahnen konnte.

Was für Typen kommen da auf uns zu? Nun, es geht um Feld-Effekt-Transistoren. Bisweilen wird da aber nur zwischen Junction-FETs, zu Deutsch Sperrschicht-FETs und Metall-Ooxide-Semiconductor-Fets unterschieden. Streng genommen sind letzere aber eine Untergruppe der Isolated Gate-FETs.

Und genau wie bei den Bipolaren teilt sich die jeweiligen FETs nach Polarität. Im Englischen werden sie dann 'p-channel'- und 'n-channel'-JFETS bzw. 'Depletion'- ('Verarmung') und 'Enhancement'-('Anreicherung') MOSFETs genannt. Um die Reihe der Begriffe zu vervollständigen, kann man JFETs im Gegensatz zu bipolaren den unipolaren Transistoren zuordnen.

Es gibt also nur eine mögliche Verbindung und die wird durch Elektronen und nicht durch Löcher hergestellt. Die Steuerung erfolgt durch die auf die Schaltung gegebene Spannung, die auch hier eine Verstärkung erfährt. Der Aufbau beginnt mit einem schwach dotierten Material, auch 'Substrat' genannt, hier schwachrot dargestellt.

In der Praxis ist das ein Wafer, der entweder selbst p-dotiert ist, oder einen solchen Überzug hat. Darauf kommen eine Isolationsschicht, hier gelb dargestellt und dann einzelne Inseln aus n-totiertem Material. Eine zusätzliche Isolierschicht trennt noch einmal den Gate-Anschluss. Alles muss man sich auf kleinstem Raum vorstellen.

Wenn wir einmal nur die Inseln von Source und Drain und die Isolierschicht dazwischen betrachten, dann handelt es sich hier um einen Kondensator. Wären nur diese Schichten vorhanden, dann wäre hier der Stromfluss deutlich eingeschränkt bis unmöglich. Also irgendetwas muss die p-dotierte Masse zusammen mit dem Gate-Anschluss bewirken.

Wir nehmen eine Spannungsquelle und verbinden sowohl Source als auch Drain mit dem Minuspol. Wenn wir jetzt Plus an Drain legen, passiert noch gar nichts. Einen kurzen Moment erinnert die Schaltung an einen n-p- n- Transistor, wobei Source dem Emitter und Drain dem Kollektor ähnelt. Fehlt nur noch, dass wir Gate zur Basis machen.

Folgerichtig fließt von dem Moment an ein Strom, von dem an wir Gate mit Plus verbinden. Und die Ähnlichkeit geht noch weiter, weil wir mit diesem Strom den zwischen Source und Drain steuern können. Allerdings gibt es einen entscheidenden Unterschied. Hier gibt es nur einen möglicherweise sperrenden Bereich, und es wird auch nur ein Fluss von Elektronen und nicht von Löchern gesteuert.

Daher also die Vorsilbe 'Unipolar' im Gegensatz zu 'Bipolar'. Jetzt haben wird auch nur den Insulated Gate Field Effect Transistor als Anreicherungstyp erklärt. Nehmen wir jetzt einmal die Gate-Elektrode aus Metall, die isolierende Schicht darunter aus Siliziumoxid an, dann wird aus dem IGFET ein MOSFET, den dieses Kapitel eigentlich erklären wollte.