Wissenswertes zu MOSFETS

Was sind MOSFETs?

Mit MOSFET wird eine Gruppe von steuerbaren Halbleitern benannt. Die Bezeichnung ist eine Abkürzung für „Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor“, auf Englisch „metal-oxide-semiconductor field-effect transistor“ und geht auf die anfangs verwendete Schichtfolge des Steuerungsanschlusses zurück: Lange wurde Aluminium dafür verwendet. Dieser Anschluss wurde dann durch eine nichtleitende Siliziumdioxidschicht vom eigentlichen Halbleiter getrennt. 

Mit MOSFET wird eine Gruppe von steuerbaren Halbleitern benannt. Die Bezeichnung ist eine Abkürzung für „Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor“, auf Englisch „metal-oxide-semiconductor field-effect transistor“ und geht auf die anfangs verwendete Schichtfolge des Steuerungsanschlusses zurück: Lange wurde Aluminium dafür verwendet. Dieser Anschluss wurde dann durch eine nichtleitende Siliziumdioxidschicht vom eigentlichen Halbleiter getrennt. 

Aufgrund der heutigen Verwendung von High-Tech-Halbleitermaterialien ist die ursprüngliche Bezeichnung technisch nicht mehr korrekt, denn es kommt kein Aluminium, das ursprüngliche Gate-Material, mehr zum Einsatz. MOSFET wurde aber als Synonym für den eingeführten Produktnamen beibehalten. Heute wird dotiertes Polysilizium als Gate-Material benutzt.

Der MOSFET ist ein aktives Bauelement mit mindestens drei Anschlüssen:

  • S für Source (Quelle)
  • D für Drain (Abfluss)
  • G für Gate (Steueranschluss)

Einige Bauarten haben noch einen B-Anschluss (bulk für Substrat), mit dem zusätzliche Steuereigenschaften realisierbar sind.

Der Ausgangszustand (ohne Spannung am Gate) kann „normal leitend“ oder „normal sperrend“ sein (beziehungsweise umgekehrt). Das entsteht aufgrund der chemischen „Komposition“ der eingesetzten Materialien als Verarmungstyp (= normal leitende) oder als Anreicherungstyp (= normal sperrend). Durch das Anlegen einer Steuerspannung am Gate verlässt der MOSFET seinen ursprünglichen Zustand. Somit ist der MOSFET letztendlich ein mit Spannung steuerbarer Widerstand. Die Variante „normal sperrend“ wird in der Praxis am häufigsten eingesetzt. Erreicht wird das elektrische Verhalten eines MOSFET durch Vorgänge in den beteiligten Kristallen, bei denen wandernde Ladungsträger letztlich für den erwünschten Effekt sorgen.

Mit bestimmten elektrischen Umgebungsbedingungen wird eine Kennlinie des Verhaltens des MOSFET erzeugt. Diese sagt vereinfacht aus, bei welchen Bedingungen zwischen Source und Gate welche Spannung „durchgelassen“ wird. Dabei entstehen auch kapazitive Werte, die Einfluss auf das Verhalten eines MOSFET haben, wenn er als Schalter eingesetzt wird. Sie ermöglichen sehr schnelles Schalten und sind daher für hohe Frequenzen geeignet, zum Beispiel in Schaltnetzteilen.

Interessante Infos zu MOSFETs

Der Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT, auf Deutsch „Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode“) ist eine Weiterentwicklung des MOSFET zum Einsatz in der Leistungselektronik. Das Leistungsvermögen dieser Bauelemente reicht bis in den Bereich von mehreren Kilovolt, der Strombereich übersteigt einige Kilo-Ampere. Eingesetzt werden diese Bauelemente als Leistungs-Halbleiterschalter zum Beispiel in Motorantrieben, Zugkraftsteuerungen, Schaltnetzteilen oder in Systemen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV).

Welche MOSFETs sind bei Conrad erhältlich?

In unserem Onlineshop finden Sie eine große Auswahl an MOSFETs, die nach verschiedenen technischen Kriterien selektierbar sind:

Gehäuse

Hier hat sich eine große Vielfalt an Bauformen etabliert. Es werden MOSFETs mit Lötanschlüssen und als SMD-Gehäuse angeboten. Fast allen ist ein Anschluss für Kühlkörper oder -flächen gemeinsam.

Hersteller

Die Hersteller-Abkürzung ist eine Kennung für den Hersteller, die zumeist aus drei Buchstaben besteht.

Montageart

Erhältlich sind Varianten mit Durchführungsloch, Oberflächenmontage (SMT) oder Gehäuse. Letztere Bauelemente sind mit Schraubanschlüssen für die elektrische Verbindung und Montage ausgestattet. Beachten Sie, dass unter Umständen die Länge der Anschluss-Schrauben von der jeweiligen Applikation abhängig ist. Die Schrauben in passender Länge mit Federring und Scheibe bestellen Sie bitte separat mit.

Maximale Betriebstemperatur

Die MOSFETs in unserem Sortiment arbeiten im maximalen Temperaturbereich von 125 bis 225 Grad Celsius.

Ptot

Dieser Wert definiert die maximale Leistung, die im MOSFET in Wärme umgewandelt werden darf, ohne den Halbleiter zu zerstören – von 0,225 Milliwatt bis 2.500 Watt.

Ausführung

In diesem Menüpunkt kann zwischen unterschiedlicher Leitfähigkeit selektiert werden. Es gibt auch MOSFETs, die in einem Gehäuse verschiedene Leitfähigkeits-Richtungen anbieten.

U(DSS)

Drain Source Voltage: Maximale Spannungsfestigkeit des Bauteiles zwischen Drain und Source.

R(DS)(on)

Drain-Source ON Resistance: Widerstand des eingeschalteten FETs.

U(GS)(th) max.

Gate-Source Threshold Voltage: Gatespannung, ab welcher der Transistor minimal leitend wird.

C(ISS)

Small Signal Input Capacitance – die Gatekapazität: Die Gate-Elektrode eines MOSFET bildet eine Eingangskapazität.

In den Datenblättern der einzelnen Produkte stehen ausführliche Informationen der Hersteller zu allen Details der MOSFETs zur Verfügung.

Wie findet man den passenden MOSFET?

Der erste Schritt bei der Auswahl des geeigneten Bausteins für ein Schaltungs-Design besteht darin, zu bestimmen, ob ein N-Kanal- oder ein P-Kanal-MOSFET verwendet werden soll. Das richtet sich nach der Aufgabe, die die Schaltung erfüllen soll.

Zudem muss die größtmögliche Spannung bestimmt werden, die zwischen Drain und Source auftreten kann. Beachten Sie, dass dieser Wert mit der Temperatur variiert – ziehen Sie den gesamten für den Betrieb zugelassenen Temperaturbereich in Betracht. Die Nennspannung des MOSFET muss für diese Schwankungen einen ausreichend großen Toleranzbereich aufweisen, um einen Ausfall zu verhindern. Weitere Aspekte sind rückwirkende Schwingungen von Motoren oder Transformatoren.

Was ist beim Umgang mit MOSFETs beachten?

Beachten Sie die allgemeinen Vorschriften für den Umgang mit bestimmten Spannungshöhen, um Verletzungen durch Stromschlag zu verhindern. Wartungsarbeiten an Netzspannung dürfen nur durch qualifizierte Fachkräfte erfolgen. Trennen Sie vor dem Beginn der Arbeiten die Stromversorgung inklusive Sicherung gegen versehentliches Wiedereinschalten. Im Betriebszustand – gerade unter Entwicklungs- oder Laborbedingungen – ist ein Schutz gegen versehentliches Berühren sicherzustellen.

Jede Person kann sich durch Bewegung auf mehrere 1.000 Volt elektrostatisch aufladen. Oft reichen wenige Volt Spannung aus, um aktive elektrische Bauteile zu zerstören. Das kann schon bei Annäherung passieren. Es empfiehlt sich, beim Arbeiten mit hochempfindlichen Messgeräten oder elektrischen Bauteilen aller Art auf eine sichere Erdung zu achten. 

Unser Praxistipp

Beim Austauschen von verlöteten MOSFETs halten Sie die Lötzeiten kurz, um thermische Zerstörungen zu vermeiden. Nutzen Sie geeignete Löttechnik, vor allem das passende Lötzubehör beim Entlöten, um Leiterplatten vor Ablösung von Leiterbahnen zu bewahren.

Halten Sie die Drehmomentangaben beim Anschrauben von Kühlelementen ein.

MOSFETs sind empfindlich gegen statisch aufgeladene Personen und Gegenstände. Schließen Sie die Elektroden bis zum erfolgten Einbau elektrisch leitend kurz – es reicht das Aufbewahren in Leitschaumstoff oder ESD-Abschirmbeuteln aus.