12.18 : MOSFET: Verarmungsmodus

Verarmungsmodus-MOSFETs stellen eine einzigartige Untergruppe der MOSFET-Technologie dar und funktionieren grundsätzlich anders als ihre Gegenstücke im Anreicherungsmodus. Im Gegensatz zu Anreicherungs-MOSFETs, die zum Einschalten eine positive Gate-Source-Spannung (V_gs) benötigen, sind Verarmungsmodus-MOSFETs von Natur aus leitfähig und „normalerweise eingeschaltet“.

Das Hauptmerkmal von Verarmungsmodus-MOSFETs ist ihre Fähigkeit, Strom zwischen den Drain- und Source-Anschlüssen ohne Gate-Vorspannung zu leiten. Diese inhärente Leitfähigkeit entsteht durch die Dotierung des Kanals, die einen Pfad mit geringem Widerstand für den Stromfluss schafft. Das Gerät funktioniert ähnlich wie Junction-Feldeffekttransistoren (JFETs), bei denen die Leitfähigkeit des Kanals durch seine Materialeigenschaften vorgegeben ist.

Bei n-Kanal-Verarmungsmodus-MOSFETs erhöht das Anlegen einer positiven V_gs die Kanalbreite und damit den Drain-Strom (I_d). Umgekehrt verengt das Anlegen einer negativen V_gs den Kanal und verringert die I_D. Dieses Verhalten ist bei p-Kanal-Verarmungs-MOSFETs umgekehrt, bei denen eine positive V_gs die I_D verringert und eine negative V_gs sie erhöht.

Ein kritischer Parameter für diese MOSFETs ist die Gate-Schwellenspannung (V_TH), die spezifische V_gs, bei der der Kanal vollständig geschlossen wird und der Stromfluss gestoppt wird. Ein weiteres wichtiges Merkmal ist der Sättigungsstrom, der maximale Strom, der bei null V_gs durch den MOSFET fließt.

Aufgrund ihres standardmäßigen „Ein“-Zustands sind Verarmungs-MOSFETs besonders nützlich in Anwendungen wie Leistungsverstärkern für Funksender. Hier ermöglichen sie eine kontinuierliche Signalübertragung und halten die Signalpräsenz aufrecht, bis eine Steuerspannung das Gerät explizit ausschaltet. Diese Fähigkeit, kontinuierlich aktiv zu bleiben, macht Verarmungs-MOSFETs zu einem integralen Bestandteil von Anwendungen, die einen zuverlässigen, unterbrechungsfreien Betrieb erfordern.