JFET的工作原理

結(jié)型場效應(yīng)管也被稱為PN結(jié)型場效應(yīng)管。即PN Junction FET，簡稱JFET。JFET是一種單極的三層晶體管，它是一種控制極是由pn組成的場效應(yīng)晶體管,工作依賴于一種載流子電子或空穴的運動。
 
JFET的結(jié)構(gòu)
JFET主要由N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體、及電極組成。以N溝道JFET為例，理想的JFET的結(jié)構(gòu)為對稱結(jié)構(gòu)。即JFET主體為N型半導(dǎo)體，兩側(cè)加入P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體上加上電極，成為G(柵極)，另外兩側(cè)加上電極即為D(漏極)與S(源極)。結(jié)構(gòu)如下圖所示。

圖 JFET的結(jié)構(gòu)
 
上圖中兩個P型半導(dǎo)體中間的通道即為溝道。因為是N型半導(dǎo)體所形成的，所以就叫N溝道。N溝道JFET的電路符號如下圖所示。
 

圖 N溝道JFET的電路符號
 
因為生產(chǎn)工藝的原因，真正的理想JFET結(jié)構(gòu)是不存在的。在實際生產(chǎn)中，JFET的結(jié)構(gòu)并不是采用對稱的結(jié)構(gòu)。而是采用下圖的結(jié)構(gòu)。

圖 JFET的剖面
 
襯底層P型半導(dǎo)體與柵極的P型半導(dǎo)體中間所夾的N型半導(dǎo)體即為N溝道。漏極與源極通過N溝道聯(lián)通，而P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體所產(chǎn)生的耗盡層將可以控制N溝道的大小從而調(diào)節(jié)電流，具體原理分析請看下文。
 
JFET的工作原理
這里我們?nèi)砸訬溝道JFET為例進行原理分析。雖然理想的JFET的對稱結(jié)構(gòu)并不存在，但是對JFET進行分析的時候我們可以以理想的JFET的結(jié)構(gòu)進行原理分析。JFET的工作原理圖如下圖所示。

圖 工作原理
 
在N型半導(dǎo)體兩側(cè)的P型半導(dǎo)體，與N型半導(dǎo)體接觸，因為所摻雜的載流子濃度的差異(N型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子為電子；P型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子為空穴)，在接觸后，N型半導(dǎo)體中的電子會往P型半導(dǎo)體中擴散，P型半導(dǎo)體中的電子會往N型半導(dǎo)體中擴散。但隨著擴散的進行，N型半導(dǎo)體中的電子變少后由電中性變味帶正電，P型半導(dǎo)體進而帶負點。這時產(chǎn)生了一個由N型半導(dǎo)體指向P型半導(dǎo)體的內(nèi)電場。由于內(nèi)電產(chǎn)的存在，多數(shù)載流子的擴散被抑制，少數(shù)載流子則會在內(nèi)電場的作用下產(chǎn)生漂移。在漂移與擴散共同作用下，N型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體的載流子逐漸平衡，在N區(qū)與P區(qū)的界面處，電子與空穴會逐漸復(fù)合，產(chǎn)生一個空間電荷區(qū)，該區(qū)的載流子因為相互復(fù)合，所以穩(wěn)定性強，流動性差。即為耗盡層。
而JFET控制漏極電流的關(guān)鍵就在于耗盡層。
究竟如何控制漏極電流？通過對耗盡層寬度的控制可以達到控制漏極電流的目的。如下圖所示，可以觀察耗盡層的變化。

圖 工作原理
 
將兩個柵極相連后接電源A負極，，電源B的正極連漏極，負極連源極，電源A的正極連源極并接地電位。我們暫時假設(shè)電源B沒有起作用，只是電源A工作，電源A對柵極施加電壓-VGS。因為柵極的P型半導(dǎo)體受到反向電壓的作用，所以P型半導(dǎo)體中的空穴都被吸引到了電源端，導(dǎo)致耗盡區(qū)增加，N溝道變窄。效果如下圖所示。

圖 工作原理圖
 
VGS施加的負電壓越大，則耗盡層越寬，N溝道越窄。當電源B工作時，漏極與源極間會產(chǎn)生一個電流，電流從漏極通過N溝道流向源極，我們通過控制G極的反向電壓就可以達到控制漏極電流的目的。當G極的反向電壓達到一定程度，耗盡層就會完全覆蓋N溝道，這時，電子無法通過耗盡層，漏極就無法產(chǎn)生電流，這種狀態(tài)即為夾斷。如下圖所示。

圖 工作原理