Feldeffekttransistoren:
JFET, MESFET und MOSFET HUMBOLD-UNIVERSITÄT ZU BERLIN Institut für Physik Seminar „Physik der Halbleiterbauelemente“

Matthias Kreier

4. Juli 2005

Transistor	Transfer Resistor

FET	FeldEffektTransistor (field effect transfer resistor)

JFET	JunctionFET (1952 Shockley)

IGFET	Insulated Gate FET

MESFET	MEtal-Semiconductor FET (1966 Mead)

MOSFET	MetalOxidSemiconductor FET

NMOS/PMOS	N-doped MOS / P-doped MOS

CMOS	Complementary MOS

HEMT	High Electron Mobility Transistor

TTL	TransistorTransistorLogic

NVRAM	Non Volatile Random Access Memory

EPROM	Erasable Programmable Read Only Memory

1926	Patentanmeldung von Julius Edgar Lilienfeld [U.S. 1,745,175 (1930)]

1934	Patentanmeldung von Oskar Ernst Heil [British Patent 439,457 (1935)]

1947	Im Dezember entsteht an den Bell Lab. der erste bipolare Transistor:

W. B. Shockley, John Bardeen & Walter Brattain

1948	Untersuchung der Theorie von William B. Shockley und G. L. Pearson

[„Modulation of Conductance of Thin Films of Se...“, Phys. Rev, 74, 232 (1948)]

Probleme bei Umsetzung der Theorie: surface states

(reproduzierbar gute Halbleiter-Isolator-Grenzflächen)

1960	D. Kahng und M. M. Attalla: erster FET (Siliziumbasis)

[„Silicon-Silicon Dioxide Field Induced Surface Devices“, IRE Solid-State Device Res. Conf.,

Carnegie Institute of Technology, Pittsburgh, Pa., 1960]

1963	IGFET von S. R. Hofstein und F. P. Heiman

1964	MOS Transistor von C. T. Sah

1965	Gordon E. Moore: Moore's Law, predicted e.g. 65000 on a chip in 1975

Nachteile:	- prinzipiell schlechte Hochfrequenzeigenschaften aufgrund

geringer Oberflächenbeweglichkeit der Ladungsträger im Kanal

- geringere Sperrspannungen als Bipolare Transistoren und IGBTs

(Insulated Gate Bipolar Transistor)

Vorteile:	- Steuerung der Leitfähigkeit stromlos (kapazitiv), also leistungslos

- einfacher Herstellungsprozess – integrierte Schaltungen

- Verkleinerungspotential sehr hoch (Moore's Law)

Annahmen:

1) Kanaländerung langsam

2) abrupte Verarmungszone

3) konstante Beweglichkeit

Verarmungsbreiten:

pinch-off Strom & Spannung

(Abschnürstrom und -spannung)

Durchlassleitfähigkeit (transconductance gm):

Kanalleitfähigkeit (channel conductance, drain conductance gD):

drain conductance im linearen Bereich (VD → 0):

transconductance im Sättigungsbereich:

mit

Mooresche Gesetze:

(1)	Die Anzahl an Komponenten

je Chip verdoppelt sich im

Schnitt alle 18 Monate.

(2)	Die Kosten je Bauelement

(in integrierter Schaltung)

sinkt exponentiell (35%/Jahr)

während die Kosten einer

FAB exponentiell steigen.

(2025: FAB ~ 1 Billion $)

State-of-the-art 2005:

Lithographie mit 248 nm

kleinste Strukturgröße: ~ 90 nm

(z.B. FET Kanallänge, möglich mit phasenkompen-sierten Masken und spez. chemischen Verfahren)

Positionierungsgenauigkeit der Masken: 45 nm

Kernspannung: ~ 1,2 Volt

Leistungsverbrauch eines Hochleistungsprozessors: 130W

107 transistoren bei 1,5 GHz ~ 130 W

108 transistoren bei 10 Ghz ~ 10 kW/cm2 !!

(Leistungsdichte eines Düsentriebwerkes)

Matthias Kreier

2005-07-04T12:02:59

Matthias Kreier