結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Junction Field-Effect Transistor, JFET)是在同一塊 N型半導(dǎo)體上制作兩個(gè)高摻雜的P區(qū),并將它們連接在一起,所引出的電極稱為柵極(G),N型半導(dǎo)體兩端分別引出兩個(gè)電極,分別稱為漏極(D)和源極(S),如圖 1.11所示。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管通過(guò)柵極電壓改變兩個(gè)反偏PN 結(jié)勢(shì)壘的寬度,并因此改變溝道的長(zhǎng)度和厚度(柵極電壓使溝道厚度均勻變化,源漏電壓使溝道厚度不均勻變化),進(jìn)而調(diào)節(jié)溝道的導(dǎo)電性來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流的控制,是具有放大功能的三端有源器件,也是單極場(chǎng)效應(yīng)管中最簡(jiǎn)單的一種,它可以分N溝道或者P溝道兩種。
結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管分為耗盡型(D-JFET),即在零柵偏壓時(shí)就存在有溝道以及增強(qiáng)型(E-JFET),在零柵偏壓時(shí)不存在溝道兩種JFET。JFET 導(dǎo)電的溝道在體內(nèi),耗盡型和增強(qiáng)型這兩種晶體管在工藝和結(jié)構(gòu)上的差別主要在于其溝道區(qū)的摻雜濃度和厚度。D-JFET 的溝道的摻雜濃度較高、厚度較大,以至于柵 PN 結(jié)的內(nèi)建電壓不能把溝道完全耗盡;而E-JFET 的溝道的摻雜濃度較低、厚度較小,則柵 PN 結(jié)的內(nèi)建電壓即可把溝道完全耗盡。
對(duì)于耗盡型的JFET,在平衡時(shí)(不加電壓)時(shí),溝道電阻最小;電壓 VDS和VGS都可改變柵PN結(jié)從而導(dǎo)致IDS變化,以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的放大。當(dāng)VDs較低時(shí),JFET的溝道呈現(xiàn)為電阻特性,是所謂電阻工作區(qū),這時(shí)漏極電流基本上隨著電壓VDs的增大而線性上升,但漏極電流隨著柵極電壓VGs的增大而平方式增大;進(jìn)一步增大VDs時(shí),溝道即首先在漏極一端被夾斷,則漏極電流達(dá)到最大而飽和,進(jìn)入飽和放大區(qū),這時(shí)JFET 呈現(xiàn)為一個(gè)恒流源。
JFET 的特點(diǎn):①是電壓控制器件,則不需要大的信號(hào)功率。②是多數(shù)載流子導(dǎo)電的單極晶體管,無(wú)少子存儲(chǔ)與擴(kuò)散問(wèn)題,速度高,噪音系數(shù)低;而且漏極電流Ids的溫度關(guān)系取決于載流子遷移率的溫度關(guān)系,則電流具有負(fù)的溫度系數(shù),器件具有自我保護(hù)的功能。③輸入端是反偏的PN結(jié),則輸入阻抗大,便于匹配。④輸出阻抗也很大,星現(xiàn)為恒流源,這與BIT大致相同。⑤JFET一般是耗盡型的,但若采用高阻襯底,也可得到增強(qiáng)型 JFET(增強(qiáng)型JFET 在高速、低功耗電路中很有應(yīng)用價(jià)值);但是一般只有短溝道的JFET 才是能很好工作的增強(qiáng)型器件。實(shí)際上,靜電感應(yīng)晶體管也就是一種短溝道的JFET。⑥溝道是處在半導(dǎo)體內(nèi)部,則溝道中的載流子不受半導(dǎo)體表面的影響,因此遷移率較高、噪聲較低。
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原文標(biāo)題:結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管
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