TLP2801-1一块N型半导体材料两边扩散高浓度的P型区(用P+表示),形成两个PN结。两边P+型区引出两个欧姆接触电极并连在一起称为栅极g,在N型本体材料的两端各引出一个欧姆接触电极,分别称为源极s和漏极d。两个PN结中间

的N型区域称为导电沟道。这种结构称为N型沟道JFET。图5,3,1b是它的代表符号,其中箭头的方向表示栅结正向偏置时,栅极电流的方向是由P指向N,故从符号上就可识别d、s之间是N沟道。

实际的N沟道JFET的剖面图如图5.3.1c所示。图中衬底和中间顶部都是P+型半导体,它们连接在一起(图中未画出),称为栅极g。分别与源极s和漏极d相连的N+区,是通过光刻和扩散等工艺来完成的隐埋层,其作用是为源极s、漏极d提供低阻通路。三个电极s、g、d分别由不同的铝接触层引出。

按照类似的方法,可以制成P沟道JFET,如图5,3.2所示。

图5.3.2 P沟道JFET,(a)结构示意图 (b)代表符号

工作原理,下面以N沟道JFET为例,分析JFET的工作原理。

N沟道JFEIT工作时,在栅极与源极间需加一负电压(v Gs(0),使栅极、沟道间的PN结反偏,栅极电流iG≈0,场效应管呈现高达107Ω以上的输人电阻。在漏极与源极间加一正电压(I Ds>0),使N沟道中的多数载流子(电子)在电场作用下由源极向漏极运动,形成电流氵DoJD的大小受vcs控制。因此,讨论JFET的工作原理同样是讨论oGs对iD的控制作用和uDs对jD的影响。

vcs对导电沟道及jD的控制作用,为了讨论方便,先假设tDs=0。当vGs由零往负向增大时,在反偏电压vcs作用下,两个PN结的耗尽层(即耗尽区)将加宽,使导电沟道变窄,沟道电阻增大,如图5.3.3a、b所示(由于N区掺杂浓度小于P+区,即ⅣD(ⅣA,P+区的耗尽层宽度较小,图中只画出了N区的耗尽层)。当|uGs|进一步增大到某一定值|yP|时,两侧耗尽层在中间合拢,沟道全部被夹断,如图5,3.3c所示。此时漏一源极间的电阻将趋于无穷大,相应的栅源电压称为夹断电压yp。

图5.3.3 rDs=0时,栅源电压pcs改变对导电沟道的影响

(a)p cs=0 (b)vP<t)Gs<0 (c)vGs≤yp时,上述分析表明,改变v cs的大小,可以有效地控制沟道电阻的大小。若在漏源极间加上固定的正向电压2j。s,则由漏极流向源极的电流jD将受v cs的控增大时,沟道电阻增大,JD减小。

vDs对iD的影响,为简明起见,首先从v Gs=0开始讨论。

当tDs=0时,沟道如图5,3.3a所示,并有uD=0,这是容易理解的。

但随着ugs的接人并逐渐增加,一方面沟道电场强度加大,有利于漏极电流JD增加;另一方面,有了vDs,就在由源极经沟道到漏极组成的N型半导体区域中,产生了一个沿沟道的电位梯度。若源极为零电位,漏极电位为十uDs,沟道区的电位差则从靠源端的零电位逐渐升高到靠近漏端的vDs。由于N沟道的电位从源端到漏端是逐渐升高的,所以在从源端到漏端的不同位置上,栅极与沟道之间的电位差是不相等的,离源极愈远,电位差愈大,加到该处PN结的反向电压也愈大,耗尽层也愈向N型半导体中心扩展,使靠近漏极处的导电沟道比靠近源极要窄,导电沟道呈楔形,如图5,3,4a所示。所以从这方面来说,增加oDs,叉产生了阻碍漏极电流JD提高的因素。但在oDs较小时,导电沟道靠近漏端区域仍较宽,这时阻碍的因素是次要的,故iD随vDs升高几乎成正比地增大,构成如图5,3,5a所示输出特性曲线的上升段.

图5.3.4 改变妒Ds时JFET导电沟道的变化

(a)ocs=0,oDs<|vp|时的情况

(b)vos=0,vDs=|yp|时的情况

(c)vGs=0,vDs>|yP|时的情况