結型場效應晶體管(Junction Field-Effect Transistor, JFET)是在同一塊 N型半導體上制作兩個高摻雜的P區,并將它們連接在一起,所引出的電極稱為柵極(G),N型半導體兩端分別引出兩個電極,分別稱為漏極(D)和源極(S),如圖 1.11所示。結型場效應晶體管通過柵極電壓改變兩個反偏PN 結勢壘的寬度,并因此改變溝道的長度和厚度(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),進而調節溝道的導電性來實現對輸出電流的控制,是具有放大功能的三端有源器件,也是單極場效應管中最簡單的一種,它可以分N溝道或者P溝道兩種。
結型場效應晶體管分為耗盡型(D-JFET),即在零柵偏壓時就存在有溝道以及增強型(E-JFET),在零柵偏壓時不存在溝道兩種JFET。JFET 導電的溝道在體內,耗盡型和增強型這兩種晶體管在工藝和結構上的差別主要在于其溝道區的摻雜濃度和厚度。D-JFET 的溝道的摻雜濃度較高、厚度較大,以至于柵 PN 結的內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 結的內建電壓即可把溝道完全耗盡。
對于耗盡型的JFET,在平衡時(不加電壓)時,溝道電阻最小;電壓 VDS和VGS都可改變柵PN結從而導致IDS變化,以實現對輸入信號的放大。當VDs較低時,JFET的溝道呈現為電阻特性,是所謂電阻工作區,這時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;進一步增大VDs時,溝道即首先在漏極一端被夾斷,則漏極電流達到最大而飽和,進入飽和放大區,這時JFET 呈現為一個恒流源。
JFET 的特點:①是電壓控制器件,則不需要大的信號功率。②是多數載流子導電的單極晶體管,無少子存儲與擴散問題,速度高,噪音系數低;而且漏極電流Ids的溫度關系取決于載流子遷移率的溫度關系,則電流具有負的溫度系數,器件具有自我保護的功能。③輸入端是反偏的PN結,則輸入阻抗大,便于匹配。④輸出阻抗也很大,星現為恒流源,這與BIT大致相同。⑤JFET一般是耗盡型的,但若采用高阻襯底,也可得到增強型 JFET(增強型JFET 在高速、低功耗電路中很有應用價值);但是一般只有短溝道的JFET 才是能很好工作的增強型器件。實際上,靜電感應晶體管也就是一種短溝道的JFET。⑥溝道是處在半導體內部,則溝道中的載流子不受半導體表面的影響,因此遷移率較高、噪聲較低。
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原文標題:結型場效應晶體管
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