Wie bereits erwähnt, fällt die Kanaldotierung beim DMOS-Transistor in lateraler Richtung sehr stark vom sourceseitigen zum drainseitigen Ende hin ab. Dies hat speziell Auswirkungen auf den Potentialverlauf im Kanal. Die am drainseitigen Kanalende auftretende Spannung ist natürlich wesentlich geringer als die Drainspannung. Der Großteil der Drainspannung fällt über dem Driftgebiet ab.
Abbildung 5.23: Oberflaechenpotential im Kanal
und in der Driftzone bei .
Abb. 5.23 zeigt das Oberflächenpotential im Kanal und im
Driftgebiet bis zur Symmetrieebene für Drainspannungen zwischen und
bei einer Gatespannung von
.
Strichliert ist die Nettodotierungskonzentration eingezeichnet. Am Kanal
selbst fällt maximal eine Spannung von ungefähr
ab. Wegen der
geringen Gatespannung geht der Kanal in Sättigung über und bewirkt die
Begrenzung des Stroms durch den Transistor, es kommt zum pinch-off.
Dies ist aus Abb. 5.4 deutlich erkennbar. Mit steigender Drainspannung
wandert der Punkt der Stromaufweitung im Kanal immer weiter vom
drainseitigen Kanalende weg (siehe Abb. 5.6). Damit verkürzt sich die
effektive Kanallänge, und es kommt zu einer leichten Erhöhung des
Drainstroms mit steigender Drainspannung.
Insbesondere im Bereich der Drainspannung über ergibt eine Erhöhung
von
nur mehr eine minimal größere Kanalspannung. Der
Potentialverlauf ist, abgesehen vom sourceseitigen Ende im Kanal, fast
linear. Das pinch-off-Verhalten im Kanal zeigt nicht den von
Standard-MOSFETs bekannten typischen Kanalpotentialverlauf (siehe
Abb. 5.26). Das Potential steigt über dem Driftgebiet bis zu dessen
Mitte weiter an, was durch einen relativ hohen lateralen
Widerstand aufgrund der nicht sehr starken Akkumulation bedingt
wird. Dies führt andererseits wieder dazu, daß die Akkumulationsbedingung
für höhere Drainspannungen nicht mehr über das gesamte Driftgebiet
erfüllt ist und sich von der Mitte der Grenze
Driftzone-Gateoxid eine Raumladungszone ausbildet (vgl. Abb. 5.6).
Abbildung 5.24: Oberflaechenpotential im Kanal
und in der Driftzone bei .
Für (Übergang Sättigung-Quasisättigung) sind die
Potentialverläufe in Abb. 5.24 dargestellt. Die maximal am Kanal
anliegende Spannung ist etwas höher als im vorigen Fall (um ca.
).
Der Potentialverlauf im Kanal ist noch linearer. Für niedrige
Drainspannungen kommt es in diesem Fall zu einer Strombegrenzung durch das
JFET-Gebiet, für höhere Drainspannungen zur Stromsättigung im Kanal,
welche jedoch wiederum im Kanalpotential keine MOSFET-typischen Verläufe
hervorruft.
Auch im Driftgebiet ist der Potentialverlauf linearer. Letzteres liegt an der Ausbildung einer durchgehenden Akkumulationsschicht, die einen annähernd konstanten lateralen Widerstand mit sich bringt.
Abbildung 5.25: Oberflaechenpotential im Kanal und
in der Driftzone bei .
Oberflächenpotential im Kanal und in der Driftzone bei .
Beinahe völlig linear ist der Potentialverlauf im Kanal für (Abb. 5.25). Die am Kanal abfallende Spannung ist wesentlich
geringer als in den beiden obigen Fällen. Dies ist durch den im Verhältnis
zum Driftgebiet (durch die Driftgeschwindigkeitssättigung in diesem
Bereich) wesentlich zurückgehenden Kanalwiderstand zu erklären. Ebenso
nimmt der laterale Akkumulationswiderstand ab. Es kommt wegen der geringen
Kanal- und der hohen Gatespannung zu keiner Stromsättigung im Kanal, der
Strom wird durch das JFET-Gebiet begrenzt. Der Kanal wirkt praktisch wie ein
konstanter Widerstand, eine Steuerung des Stroms im eingeschalteten Zustand
über das Gate ist nicht mehr möglich.
Abbildung 5.26: Oberflächenpotential im Kanal eines
Standard-MOSFETs in Sättigung.
Im Vergleich zu einem Standard-MOSFET weist der DMOS-Transistor besonders
für den Fall der Sättigung einen stark abweichenden Verlauf des
Kanalpotentials auf. Abb. 5.26 zeigt für eine Gatespannung von und Drainspannungen bis zu
den Verlauf des Potential im Kanal eines
Standard-MOSFETs. Bei dem sich im pinch-off befindenden MOSFET steigt
das Potential am drainseitigen Ende des Kanals stark an, die Feldstärke in
diesem Gebiet ist hoch, die Elektronen bewegen sich mit
Sättigungsgeschwindigkeit. Der Verlauf des Kanalpotentials kann keinesfalls
als auch nur annähernd linear bezeichnet werden.