基礎電子學 - 場效應電晶體(JFET)

JFET是結型場效應電晶體的縮寫。JFET就像普通的場效應電晶體一樣。JFET的型別有N溝道FET和P溝道FET。在N溝道FET中，P型材料新增到N型襯底上，而在P溝道FET中，N型材料新增到P型襯底上。因此，理解其中一種FET就足以理解兩種FET。

N溝道FET

N溝道FET是最常用的場效應電晶體。為了製造N溝道FET，取一根窄的N型半導體棒，在其相對兩側透過擴散形成P型材料。這兩側連線在一起，形成柵極終端的單個連線。這可以從下圖理解。

這兩個柵極沉積物（P型材料）形成兩個PN接面二極體。柵極之間的區域稱為溝道。多數載流子透過該溝道。因此，FET的橫截面形式如下圖所示。

在N型半導體棒的兩端形成歐姆接觸，形成源極和漏極。源極和漏極端子可以互換。

N溝道FET的工作原理

在瞭解FET的工作原理之前，應該瞭解耗盡層的形成方式。為此，讓我們假設柵極端子的電壓，例如V_GG，是反向偏置的，而漏極端子的電壓，例如V_DD，則未施加。設此為情況1。

在情況1中，當V_GG反向偏置且V_DD未施加時，P層和N層之間的耗盡區會擴充套件。這是因為施加的負電壓會將空穴從P型層吸引到柵極端子。
在情況2中，當施加V_DD（正極連線到漏極，負極連線到源極）且V_GG未施加時，電子從源極流向漏極，構成漏極電流I_D。

現在讓我們考慮下圖，以瞭解同時施加兩個電源時會發生什麼。

柵極端子的電源使耗盡層增大，漏極端子的電壓允許漏極電流從源極流向漏極端子。假設源極端子的點為B，漏極端子的點為A，則溝道的電阻將使得A端子的電壓降大於B端子的電壓降。這意味著：

V_A>V_B

因此，電壓降沿溝道長度逐漸增大。因此，反向偏置效應在漏極端子比在源極端子更強。這就是為什麼當同時施加V_GG和V_DD時，耗盡層傾向於在A點比在B點更深入地滲透到溝道中。下圖說明了這一點。

現在我們已經瞭解了FET的行為，讓我們瞭解FET的實際工作原理。

耗盡型工作模式

由於耗盡層的寬度在FET的工作中起著重要作用，因此稱為耗盡型工作模式。我們還有另一種稱為增強型工作模式，這將在MOSFET的工作原理中討論。但JFET只有耗盡型工作模式。

讓我們考慮一下柵極和源極端子之間沒有施加電位，並且在漏極和源極之間施加了電位V_DD。現在，電流I_D從漏極流向源極端子，因為溝道寬度較大，所以電流達到最大值。設柵極和源極端子之間施加的電壓V_GG為反向偏置。這會增加耗盡層的寬度，如上所述。隨著層增厚，溝道的橫截面積減小，因此漏極電流I_D也減小。

當進一步增加該漏極電流時，會發生一個階段，其中兩個耗盡層相互接觸，並阻止電流I_D流動。下圖清楚地顯示了這一點。