ジャンクションFET(JFET)の理解:基礎と応用
トランジスタは低電力電気信号で電流を制御する線形半導体デバイスです。トランジスタは大きくバイポーラと電界効果の2系列に分類されます。バイポーラトランジスタが小さな電流で大きな電流を制御するのに対し、電界効果トランジスタ(FET)は小さな電圧で同じ目的を達成します。本記事では電界効果の概念を紹介し、ジャンクション電界効果トランジスタ(JFET)に焦点を当てます。
すべてのFETは単極性デバイスであり、主要キャリアがN型半導体中の電子またはP型半導体中の正孔のみで構成されます。この単極性はデバイス構造で明確になります:
NチャネルJFET

JFETでは制御電流がソースとドレイン端子間を流れます。ゲート-ソース電圧がこの流れを制御します。バイポーラデバイスとは異なり、電流パスはPN接合を横切らず、途切れのない半導体チャネルを通ります。上図はN型チャネルを示します;P型チャネルも存在します。
PチャネルJFET

PチャネルJFETも入手可能ですが、半導体製造上の利点からNチャネルデバイスがより一般的に使用されます。実用上、NチャネルとPチャネルJFETの主な違いはゲート-チャネルPN接合のバイアス極性です。
ゲートとソース間に電圧が印加されていないとき、チャネルは広く遮るもののない電流パスを提供します。ゲート-ソースPN接合に逆バイアス電圧を印加すると、チャネルの導電率が低下します。臨界電圧で枯渇領域がチャネル全体に拡大し、ピンチオフしてJFETをカットオフモードに強制します。このピンチオフ効果は、柔軟なホースを絞って流れを止めるのに似ています。

JFETはノーマリオンデバイスです:ゲート電圧なしで電流が自由に流れます。対照的にバイポーラトランジスタはノーマリオフで、ベース電流なしではコレクタ-エミッタ電流は流れません。JFETの電流は電圧信号で制御され、バイポーラトランジスタは電流信号で制御されます。さらに、逆バイアスされたゲート-ソースPN接合は実質的に電流を消費しないため、JFETが電圧制御デバイスと分類されることを裏付けています。
ゲート-ソース接合を順方向バイアスするとチャネル導電率がわずかに上昇しますが、この接合は大電流を流す設計ではないため順方向バイアスは避けるべきです。
この概要はJFET動作の核心原理を提供します。次節ではJFETのスイッチング素子としての役割を検討します。
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