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半導体の素晴らしい旅: JFET はどのようにして発明されたのか?
現代の電子デバイスでは、電界効果トランジスタ (FET) が不可欠な役割を果たしています。接合型電界効果トランジスタ (JFET) は、これらのデバイスの基本構成要素の 1 つです。 JFET は 3 端子の半導体デバイスであり、スイッチや抵抗を電子的に制御する機能があり、増幅器の構築にも使用できます。バイポーラ接合トランジスタ (BJT) とは異なり、JFET は完全に電圧制御されるため、バイアス電流が必要ありません。この特徴により、JFET は多くのアプリケーションで大きな利点となります。
JFET は通常、ゲートとソース間の電圧がゼロのときに導通します。適切な極性のバイアス電圧が印加されると、電流が減少します。
JFET の仕組み
JFET の基本的な動作原理は、水道管の直径を縮小することで水量を制御できる庭のホースにたとえられます。 JFET のゲートとソースの間に電圧が印加されると、移動キャリアの不足により電気を通さなくなる空乏領域が形成されます。空乏領域が拡大すると、導電チャネルの断面積が減少し、それによって電流の流れが制限されます。空乏層が導電チャネルを完全に覆うのに十分な厚さになると、JFET はいわゆる「スクイズオフ」状態に入ります。
JFET は、空乏領域の原理に基づいて電流の流れを制御する空乏モード コンポーネントとみなすことができます。
JFET の歴史的進化
JFET の開発は、20 世紀初頭に遡り、1920 年代と 1930 年代に Julius Lilienfeld が一連の FET に似た特許を申請しました。真の JFET は、1945 年に Heinrich Welker によって初めて特許を取得しました。 1940年代までには、ノーベル賞受賞者のジョン・バーディーン、ウォルター・ハウザー・ブラッテン、ウィリアム・ショックレーらもFETを開発していたが、当時は技術がまだ成熟しておらず、次々と失敗に終わった。最後に、1952 年のショックリーの理論から導かれた JFET は、1953 年にジョージ C. デイシーとイアン M. ロスによって構築に成功しました。
1950 年に、日本の技術者西沢純一と渡辺由美は、静電誘起トランジスタ (SIT) として知られる同様のデバイスの特許を取得しました。
構造の紹介
JFET の基本構造は、p 型または n 型半導体のドープされた半導体材料の長いセクションで構成されています。各端はオーミック接合、ソース (S) およびドレイン (D) を形成します。 pn 接合はこの半導体チャネルの両側または周囲に形成され、その電圧はオーミック ゲート コンタクト (G) を通じてバイアスされます。
JFET 比率
他の電界効果トランジスタと比較すると、室温での JFET のゲート電流 (つまり、ゲートからチャネル接合への逆漏れ電流) は MOSFET のそれに匹敵しますが、バイポーラ接合のベース電流よりもはるかに低くなります。トランジスタ。 JFET は MOSFET よりも相互コンダクタンスが高く、フリッカー ノイズが低いため、一部の低ノイズで高入力インピーダンスのオペアンプに使用されます。
JFET は回路内で非常に高い入力インピーダンスを持っているため、入力として使用される回路では微量の電流しか消費しません。
JFETの現状と今後
技術の進化、特に 2008 年の商用炭化ケイ素 (SiC) ワイドバンドギャップ デバイスの導入により、JFET は高速、高電圧スイッチング アプリケーションで実現可能になりました。初期のSiC JFETの製造には困難がありましたが、これらの問題は基本的に解決されており、従来の低電圧シリコンMOSFETと一緒に使用されるシナリオで広く使用されています。
電子技術の発展に伴い、JFET 技術もより多くの用途と課題に直面することになります。 JFET は将来の電子デバイスにおいてより大きな役割と可能性を期待できますか?
