Language
Country/Area
No result found
Hành trình tuyệt vời của chất bán dẫn: JFET được phát minh như thế nào?
Trong các thiết bị điện tử hiện đại, bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET) đóng vai trò không thể thiếu. Transistor hiệu ứng trường tiếp giáp (JFET) là một trong những khối xây dựng cơ bản trong các thiết bị này. Là một thiết bị bán dẫn ba cực, JFET có chức năng điều khiển điện tử các công tắc và điện trở, thậm chí có thể được sử dụng để chế tạo các bộ khuếch đại. Không giống như các bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực (BJT), JFET được điều khiển hoàn toàn bằng điện áp, nghĩa là chúng không yêu cầu dòng điện phân cực, một tính năng giúp JFET trở thành một lợi thế lớn trong nhiều ứng dụng.
JFET thường dẫn điện khi điện áp giữa cổng và nguồn của nó bằng 0. Nếu đặt điện áp phân cực có cực thích hợp, nó sẽ làm giảm dòng điện.
JFET hoạt động như thế nào
Nguyên lý hoạt động cơ bản của JFET có thể được so sánh với một chiếc vòi tưới vườn. Lượng nước chảy vào có thể được kiểm soát bằng cách thu nhỏ đường kính của ống nước. Khi đặt điện áp giữa cổng và nguồn của JFET, một vùng cạn kiệt sẽ được hình thành và không còn dẫn điện do thiếu sóng mang di động. Khi vùng cạn kiệt mở rộng, tiết diện của kênh dẫn giảm, do đó hạn chế dòng điện. Khi lớp suy giảm đủ dày để bao trùm hoàn toàn kênh dẫn điện, JFET sẽ chuyển sang trạng thái được gọi là trạng thái "squeeze-off".
JFET có thể được coi là thành phần ở chế độ cạn kiệt, dựa vào nguyên lý vùng cạn kiệt để kiểm soát dòng điện.
Lịch sử phát triển của JFET
Sự phát triển của JFET có thể bắt nguồn từ đầu thế kỷ 20. Julius Lilienfeld đã nộp đơn xin một loạt bằng sáng chế giống FET vào những năm 1920 và 1930. JFET thực sự được cấp bằng sáng chế lần đầu tiên vào năm 1945 bởi Heinrich Welker. Đến những năm 1940, những người đoạt giải Nobel John Bardeen, Walter Houser Brattain và William Shockley cũng đang phát triển FET, nhưng công nghệ này vẫn chưa trưởng thành vào thời điểm đó và lần lượt thất bại. Cuối cùng, JFET xuất phát từ lý thuyết Shockley năm 1952 đã được George C. Dacey và Ian M. Ross chế tạo thành công vào năm 1953.
Năm 1950, các kỹ sư Nhật Bản Jun-ichi Nishizawa và Y. Watanabe đã được cấp bằng sáng chế cho một thiết bị tương tự được gọi là bóng bán dẫn cảm ứng tĩnh (SIT).
Giới thiệu cấu trúc
Cấu trúc cơ bản của JFET bao gồm một đoạn dài vật liệu bán dẫn pha tạp, có thể là chất bán dẫn loại p hoặc loại n. Mỗi đầu tạo thành một điểm nối ohmic, một nguồn (S) và một cống (D). Một điểm nối pn được hình thành ở hai bên hoặc xung quanh kênh bán dẫn này và điện áp của nó bị phân cực thông qua tiếp điểm cổng ohmic (G).
Tỷ lệ JFET
So với các bóng bán dẫn hiệu ứng trường khác, dòng điện cổng của JFET ở nhiệt độ phòng (nghĩa là dòng rò ngược từ cổng đến điểm nối kênh) tương đương với dòng điện của MOSFET, nhưng thấp hơn nhiều so với dòng cơ sở của điểm nối lưỡng cực bóng bán dẫn. JFET có độ dẫn điện cao hơn MOSFET và có độ nhiễu thấp, do đó nó được sử dụng trong một số bộ khuếch đại hoạt động có trở kháng đầu vào cao và có độ ồn thấp.
Vì JFET có trở kháng đầu vào cực cao trong mạch nên nó chỉ tiêu thụ một lượng nhỏ dòng điện cho mạch được sử dụng làm đầu vào.
Thực trạng và tương lai của JFET
Với sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là sự ra đời của các thiết bị băng rộng silicon cacbua (SiC) thương mại vào năm 2008, JFET đã trở nên khả thi trong các ứng dụng chuyển mạch điện áp cao, tốc độ cao. Mặc dù có những khó khăn trong quá trình sản xuất SiC JFET trong những ngày đầu, những vấn đề này về cơ bản đã được giải quyết và được sử dụng rộng rãi trong các tình huống sử dụng chúng với MOSFET silicon điện áp thấp truyền thống.
Với sự phát triển của công nghệ điện tử, công nghệ JFET cũng sẽ phải đối mặt với nhiều ứng dụng và thách thức hơn. Chúng ta có thể mong đợi JFET đóng vai trò và tiềm năng lớn hơn trong các thiết bị điện tử trong tương lai không?
