Genaue Berechnungen helfen, die Leistung zu optimieren und den Stromverlust zu reduzieren. Dieser Artikel bietet einen Überblick über die wichtigsten Konzepte und Berechnungsmethoden im Zusammenhang mit der MOSFET-Kapazität.

Arten von MOSFET-Kapazität

MOSFETs haben drei Hauptkapazitäten: Gate-to-Source (Cgs), Gate-to-Drain (Cgd) und Drain-to-Source (Cds. Diese Kapazitäten beeinflussen die Schaltgeschwindigkeit und den Stromverbrauch. Cgs und Cgd sind dynamisch und ändern sich mit der Spannung, während Cds meist parasitär ist.

Berechnung der Gate-Kapazität

Die Gate-zu-Source-Kapazität (Cgs kann mit der Gateoxid-Kapazität pro Flächeneinheit (Cox) und der Gate-Kapazität (A) geschätzt werden:

Cgs ≈ Cox × A

Cox wird berechnet wie folgt:

Cox = εox / tox

Auswirkungen auf die Schaltgeschwindigkeit

Die Kapazität beeinflusst die Schaltzeit von MOSFETs. Die Zeitkonstante (τ) ergibt sich aus:

τ = R × C

Eine geringere Kapazität führt zu einem schnelleren Schalten, was bei Hochgeschwindigkeitsanwendungen von entscheidender Bedeutung ist.

Praktisches Berechnungsbeispiel

Bei einem MOSFET mit einer Gateoxiddicke von 2 nm und einer Oxiddielektrikumskonstanten (εox) von 3,9 × 8,85 × 10-12 F/m und einer Gatefläche von 10 μm × 10 μm wird die Gatekapazität wie folgt berechnet:

Cox = (3,9 × 8,85 × 10-12 / (2 × 10-9 = 1,72 × 10-3 F/m2

A = 10 μm × 10 μm = 1 × 10-10 m2

Cgs ≈ 1,72 × 10-3 × 1 × 10-10 = 1,72 × 10-13 F