基础电子学 - 场效应晶体管(JFET)

JFET是结型场效应晶体管的缩写。JFET就像普通的场效应晶体管一样。JFET的类型有N沟道FET和P沟道FET。在N沟道FET中，P型材料添加到N型衬底上，而在P沟道FET中，N型材料添加到P型衬底上。因此，理解其中一种FET就足以理解两种FET。

N沟道FET

N沟道FET是最常用的场效应晶体管。为了制造N沟道FET，取一根窄的N型半导体棒，在其相对两侧通过扩散形成P型材料。这两侧连接在一起，形成栅极终端的单个连接。这可以从下图理解。

这两个栅极沉积物（P型材料）形成两个PN结二极管。栅极之间的区域称为沟道。多数载流子通过该沟道。因此，FET的横截面形式如下图所示。

在N型半导体棒的两端形成欧姆接触，形成源极和漏极。源极和漏极端子可以互换。

N沟道FET的工作原理

在了解FET的工作原理之前，应该了解耗尽层的形成方式。为此，让我们假设栅极端子的电压，例如V_GG，是反向偏置的，而漏极端子的电压，例如V_DD，则未施加。设此为情况1。

在情况1中，当V_GG反向偏置且V_DD未施加时，P层和N层之间的耗尽区会扩展。这是因为施加的负电压会将空穴从P型层吸引到栅极端子。
在情况2中，当施加V_DD（正极连接到漏极，负极连接到源极）且V_GG未施加时，电子从源极流向漏极，构成漏极电流I_D。

现在让我们考虑下图，以了解同时施加两个电源时会发生什么。

栅极端子的电源使耗尽层增大，漏极端子的电压允许漏极电流从源极流向漏极端子。假设源极端子的点为B，漏极端子的点为A，则沟道的电阻将使得A端子的电压降大于B端子的电压降。这意味着：

V_A>V_B

因此，电压降沿沟道长度逐渐增大。因此，反向偏置效应在漏极端子比在源极端子更强。这就是为什么当同时施加V_GG和V_DD时，耗尽层倾向于在A点比在B点更深入地渗透到沟道中。下图说明了这一点。

现在我们已经了解了FET的行为，让我们了解FET的实际工作原理。

耗尽型工作模式

由于耗尽层的宽度在FET的工作中起着重要作用，因此称为耗尽型工作模式。我们还有另一种称为增强型工作模式，这将在MOSFET的工作原理中讨论。但JFET只有耗尽型工作模式。

让我们考虑一下栅极和源极端子之间没有施加电位，并且在漏极和源极之间施加了电位V_DD。现在，电流I_D从漏极流向源极端子，因为沟道宽度较大，所以电流达到最大值。设栅极和源极端子之间施加的电压V_GG为反向偏置。这会增加耗尽层的宽度，如上所述。随着层增厚，沟道的横截面积减小，因此漏极电流I_D也减小。

当进一步增加该漏极电流时，会发生一个阶段，其中两个耗尽层相互接触，并阻止电流I_D流动。下图清楚地显示了这一点。