結型場效應管也被稱為PN結型場效應管。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組成的場效應晶體管,工作依賴于一種載流子電子或空穴的運動。
JFET的結構
JFET主要由N型半導體、P型半導體、及電極組成。以N溝道JFET為例,理想的JFET的結構為對稱結構。即JFET主體為N型半導體,兩側加入P型半導體。P型半導體上加上電極,成為G(柵極),另外兩側加上電極即為D(漏極)與S(源極)。結構如下圖所示。
圖 JFET的結構
上圖中兩個P型半導體中間的通道即為溝道。因為是N型半導體所形成的,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
因為生產工藝的原因,真正的理想JFET結構是不存在的。在實際生產中,JFET的結構并不是采用對稱的結構。而是采用下圖的結構。
圖 JFET的剖面
襯底層P型半導體與柵極的P型半導體中間所夾的N型半導體即為N溝道。漏極與源極通過N溝道聯通,而P型半導體與N型半導體所產生的耗盡層將可以控制N溝道的大小從而調節電流,具體原理分析請看下文。
JFET的工作原理
這里我們仍以N溝道JFET為例進行原理分析。雖然理想的JFET的對稱結構并不存在,但是對JFET進行分析的時候我們可以以理想的JFET的結構進行原理分析。JFET的工作原理圖如下圖所示。
圖 工作原理
在N型半導體兩側的P型半導體,與N型半導體接觸,因為所摻雜的載流子濃度的差異(N型半導體中多數載流子為電子;P型半導體中的多數載流子為空穴),在接觸后,N型半導體中的電子會往P型半導體中擴散,P型半導體中的電子會往N型半導體中擴散。但隨著擴散的進行,N型半導體中的電子變少后由電中性變味帶正電,P型半導體進而帶負點。這時產生了一個由N型半導體指向P型半導體的內電場。由于內電產的存在,多數載流子的擴散被抑制,少數載流子則會在內電場的作用下產生漂移。在漂移與擴散共同作用下,N型半導體與P型半導體的載流子逐漸平衡,在N區與P區的界面處,電子與空穴會逐漸復合,產生一個空間電荷區,該區的載流子因為相互復合,所以穩定性強,流動性差。即為耗盡層。
而JFET控制漏極電流的關鍵就在于耗盡層。
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型半導體受到反向電壓的作用,所以P型半導體中的空穴都被吸引到了電源端,導致耗盡區增加,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,漏極就無法產生電流,這種狀態即為夾斷。如下圖所示。
圖 工作原理