Eine Gate-Elektrode steuert über ein elektrisches Feld die Leitfähigkeit eines Kanals zwischen Source und Drain. Legt man eine ausreichende Gate-Spannung an, bildet sich ein leitender Kanal, und Strom kann fließen – darunter bleibt der Transistor gesperrt. Das Gate ist durch eine dünne Oxidschicht vom Kanal isoliert, wodurch praktisch kein Steuerstrom fließt.
Wie funktioniert ein FinFET?
Beim FinFET steht der leitende Kanal als dünne, senkrechte "Finne" auf dem Substrat, die das Gate von drei Seiten umschließt. Diese Mehrfachumschließung gibt dem Gate deutlich bessere Kontrolle über den Kanal als bei planaren Transistoren. Das reduziert Leckströme und erlaubt eine weitere Verkleinerung der Strukturen.
Wie funktioniert ein Transistor allgemein?
Ein Transistor ist im Kern ein elektronisch steuerbarer Schalter: Ein kleines Steuersignal (Spannung oder Strom) schaltet einen größeren Strompfad ein oder aus bzw. verstärkt ihn. Die zwei Hauptfamilien sind Bipolartransistoren (stromgesteuert) und Feldeffekttransistoren (spannungsgesteuert). Moderne Chips bestehen aus Milliarden solcher Schalter.
Wie funktioniert ein Flash-Speicher?
In einem Flash-Zelltransistor sitzt zwischen Steuer-Gate und Kanal ein zusätzliches, elektrisch isoliertes Floating Gate. Elektronen werden per Tunneleffekt auf dieses Floating Gate gebracht oder davon entfernt und bleiben dort auch ohne Stromversorgung gespeichert. Ihre Anwesenheit verschiebt die Schaltschwelle des Transistors messbar – das ist die gespeicherte "0" oder "1".
Wie funktioniert MRAM?
MRAM speichert Daten über die Magnetisierungsrichtung in einer Magnetic Tunnel Junction, nicht über elektrische Ladung. Eine Referenzschicht hat feste, eine freie Schicht veränderliche Magnetisierung; stehen beide parallel oder antiparallel, ändert sich der Tunnelwiderstand messbar. Bei STT-MRAM wird die freie Schicht direkt durch einen spinpolarisierten Schreibstrom umgeschaltet.
Wie funktioniert ein Mikroprozessor auf Chip-Ebene?
Ein Mikroprozessor kombiniert Steuerwerk, Rechenwerk (ALU), Register und Cache-Speicher auf einem einzigen Die, verbunden über interne Busse. Das Steuerwerk holt Befehle aus dem Speicher, decodiert sie und steuert die ALU zur Ausführung – typischerweise im Pipelining, um mehrere Befehle gleichzeitig zu bearbeiten. Physisch sind das Milliarden von Transistoren, die in mehreren Metalllagen verdrahtet sind.
Wie funktioniert eine SRAM-Zelle (6T)?
Eine 6T-SRAM-Zelle speichert ein Bit in zwei rückgekoppelten Invertern, die sich gegenseitig stabil halten, solange Betriebsspannung anliegt. Zwei zusätzliche Zugriffstransistoren verbinden die Zelle bei aktivierter Wortleitung mit den beiden Bitleitungen zum Lesen und Schreiben. Da anders als bei DRAM kein periodisches Refresh nötig ist, arbeitet SRAM deutlich schneller, benötigt dafür aber mehr Fläche pro gespeichertem Bit.
Wie funktioniert eine DRAM-Zelle (1T1C)?
Eine DRAM-Zelle speichert ein Bit als elektrische Ladung auf einem winzigen Kondensator, der über einen einzelnen Zugriffstransistor an- oder abgekoppelt wird. Weil die Ladung durch Leckströme mit der Zeit abfließt, muss jede Zelle typischerweise alle 64 Millisekunden ausgelesen und neu geschrieben werden (Refresh). Der geringe Flächenbedarf von nur einem Transistor und einem Kondensator pro Bit macht DRAM deutlich dichter als SRAM, aber auch langsamer.
Wie funktioniert ein GAAFET?
Beim Gate-All-Around-FET umschließt das Gate den leitenden Kanal vollständig statt nur von drei Seiten wie beim FinFET. Der Kanal besteht aus mehreren gestapelten Silicium-Nanosheets, die jeweils komplett vom selben Gate-Material umhüllt sind. Diese vollständige Umschließung gibt dem Gate maximale elektrostatische Kontrolle und erlaubt eine weitere Skalierung, wo FinFETs an ihre Grenzen stoßen.
Wie funktioniert ein IGBT?
Ein IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) kombiniert die spannungsgesteuerte, leicht ansteuerbare Gate-Struktur eines MOSFETs mit dem geringen Durchlasswiderstand eines Bipolartransistors. Eine zusätzliche p-dotierte Kollektorschicht injiziert Ladungsträger in die Driftzone und senkt so den Widerstand bei hohen Spannungen und Strömen deutlich. Dadurch eignet sich der IGBT besonders für Leistungselektronik wie Frequenzumrichter und Wechselrichter.
Was bedeutet NMOS, PMOS, CMOS, DMOS?
NMOS und PMOS bezeichnen MOSFETs, die über Elektronen (n-Kanal) beziehungsweise Löcher (p-Kanal) leiten und sich in Dotierungstyp und Schwellenspannungspolarität unterscheiden. CMOS kombiniert beide Transistortypen auf einem Chip, sodass in jedem Logikzustand jeweils nur einer der beiden leitet – das ergibt einen sehr geringen statischen Stromverbrauch. DMOS (Double-Diffused MOS) nutzt zwei aufeinanderfolgende Diffusionsschritte, um einen kurzen, präzise kontrollierten Kanal neben einer schwach dotierten Driftzone zu erzeugen, was höhere Spannungen und Ströme erlaubt – daher wird es häufig in der Leistungselektronik eingesetzt.