Im normalen Betriebsbereich fließt ein Großteil des Stroms über den Kanal; der überlagerte, noch immer vorhandene Strom durch das Substrat ist dagegen vergleichsweise klein.
Die Bilder 11.15 bis 11.20 zeigen die Verhältnisse
bei .
Das dargestellte Gebiet in diesen Bildern und in allen folgenden Betriebsbereichen stellt einen repräsentativen Ausschnitt aus der simulierten Geometrie dar, in dem die Verhältnisse in Kanal, spacer layer und supply layer gut erkennbar sind. Die Vorgänge im Substrat wurden für den Subthreshold-Fall bereits eingehend erläutert.
An den Heteroübergängen an beiden Enden des Kanals und beim
Übergang vom supply layer zu den caps (bei
) bilden sich als Folge der
Diskontinuität in den Bandkanten lokale Raumladungszonen
aus, indem beim Breitbandhalbleiter eine Verarmung und beim
Schmalbandhalbleiter eine Anreicherung stattfindet.
Diese Raumladungszonen gleichen ähnlich wie bei einer Diode die
Quasiferminiveaus auf beiden Seiten aneinander an. Beim drainseitigen
Ende des Kanals bildet die hohe Energiebarriere, die die Elektronen
überwinden müssen, um den Kanal zu verlassen, ein Hindernis.
Elektronen, die diese Barriere überwunden haben, geraten in eine
Driftzone mit starkem Feld, die dann durch die hohe Dotierung unter
dem Drain in eine Ohmsche Zone übergeht (bei etwa
).
Die Elektronenkonzentration (Bild 11.16) in der Mitte des
Kanals ist noch immer wesentlich kleiner als an dessen source- und
drainseitigem Ende, jedoch reicht die Depletionswirkung des Gates nur
mehr etwa bis zur Kanaltiefe. Über den Feldeffekt des Gates wird die
Trägerkonzentration im Kanal gesteuert. Die Drain-Source-Spannung
fällt zu einem großen Teil entlang des Kanals ab, was man am
Pseudo-Quasiferminiveau (Bild 11.17) erkennen kann.
Eine genaue Bestimmung ergibt ein Quasiferminiveau von
am Sourceende und
am Drainende des
Kanals. Es werden also von den
Drain-Source-Spannung
78 % entlang des Kanals verbraucht, 20 % für die Überwindung der
Heterobarriere am drainseitigen Ende und für die darüberliegende
Driftzone, die allerdings sehr kurz ist.
Die Beweglichkeit der Elektronen in dieser Driftzone ist ziemlich
gering; da aber die Driftzone sehr dünn ist (in -Richtung) und
eine hohe Querschnittsfläche besitzt (Drainlänge mal
Bauelementbreite), hat sie eine hohe Kapazität, die bei hohen
Frequenzen den Strom zum Drain weiterleitet.
Im Kanal beginnt nach dem Ende des Source-Implants bei etwa
ein Bereich mit sehr hoher Beweglichkeit,
in dem die Temperatur der Elektronen noch relativ klein ist
(Bilder 11.19 und 11.20).
Mit ansteigender Temperatur sinkt dann die Beweglichkeit, die unter
dem drainseitigen Ende des Gates den Minimalwert erreicht. Am Ende des
Gates ist auch der Kanal am stärksten abgeschwächt. Danach erreichen
die Elektronen die Drain-Implantationszone mit höherer
Elektronenkonzentration und kleinerer Temperatur.