JFET 트랜지스터란?
JFET(접합형 전계 효과 트랜지스터)는 전기장을 이용해 두 반도체 영역(N형과 P형) 사이의 전도 채널의 폭을 제어하여 작동하는 트랜지스터 유형입니다. 이 장치는 N형 또는 P형 반도체 재료의 단일 조각으로 구성되며, 양쪽에 두 개의 P-N 접합부가 채널을 형성하도록 배치됩니다. JFET의 작동 원리는 P-N 접합부의 역바이어스를 통해 채널 내부에 소모 영역을 형성하는 것에 기반합니다. 소모 영역의 폭은 채널의 저항을 결정하며, 따라서 장치를 통한 전류 흐름을 결정합니다. JFET에 전압이 인가되면, 소모 영역을 걸친 전기장이 변화하여 채널의 폭과 따라서 저항이 변합니다.
N형과 P형 JFET
JFET에는 N채널 JFET과 P채널 JFET 두 가지 유형이 있습니다. N채널 JFET에서는 채널이 N형 재료로 만들어지며, 소스에 비해 게이트에 음의 전압을 인가하여 소모 영역의 폭을 증가시키고 전류 흐름을 줄입니다. 반면에 P채널 JFET에서는 채널이 P형 재료로 만들어지며, 소스에 비해 게이트에 양의 전압을 인가하여 소모 영역의 폭을 감소시키고 전류 흐름을 증가시킵니다. JFET은 증폭 회로, 스위칭 회로 및 전압 조절기에서 일반적으로 사용됩니다. 고입력 임피던스, 낮은 노이즈, 간단한 바이어스 회로 등의 장점이 있지만, 낮은 이득, 낮은 대역폭, 높은 출력 임피던스 등의 단점도 있습니다.
P-N 접합
반도체에 불순물을 도핑하면 재료 내에 과잉 전자(N형 도핑) 또는 홀(P형 도핑)이 생성되어 전기적 전하를 운반할 수 있습니다. 이 과잉 전자나 홀은 재료 내에서 이동할 수 있어 전기 전류의 흐름을 가능하게 합니다. 두 개의 다르게 도핑된 반도체 영역이 서로 접촉하면 P-N 접합이 형성됩니다. P-N 접합에서는 N형 영역의 과잉 전자와 P형 영역의 홀이 접합을 통해 확산되어 결합하며, 이로 인해 전하 운반자가 고갈된 소모 영역이 생성됩니다.
P-N 접합은 현대 반도체 전자공학에 유용한 특성을 가지고 있습니다. P형 도핑 반도체는 상대적으로 전도성이 좋습니다. N형 도핑 반도체도 마찬가지이지만, 두 반도체 영역 사이의 접합은 전하 운반자가 고갈되어 비전도성이 될 수 있으며, 이는 두 반도체 영역의 상대적인 전압에 따라 달라집니다. 이 비전도성 층을 조작함으로써, P-N 접합은 일방향으로만 전기를 흐르게 하는 다이오드로 일반적으로 사용됩니다.
바이어스의 원리
바이어스는 P-N 접합 영역에 상대적인 전압을 인가하는 것을 의미합니다.
- 정방향 바이어스: P-N 접합에 정방향 바이어스 전압이 인가되면(즉, 양극이 P형 영역에, 음극이 N형 영역에 연결되면), 소모 영역이 좁아져 재료를 통한 전류 흐름이 허용됩니다.
- 역방향 바이어스: 역방향 바이어스 방향(즉, 양극이 N형 영역에, 음극이 P형 영역에 연결되면)에서는 소모 영역이 넓어져 재료를 통한 전류 흐름이 방지됩니다. 하지만, 역전압이 특정 임계값까지 증가하면, 재료는 소모 영역이 갑자기 붕괴되어 대량의 전류가 재료를 통해 흐를 수 있는 ‘산사태 붕괴’라는 과정을 겪을 수 있습니다.
P-N 접합 다이오드는 전기가 한 방향으로는 자유롭게 흐를 수 있도록 하지만, 반대 방향으로는 흐를 수 없도록 합니다. P-N 접합이 정방향 바이어스될 때, 전기 전하는 P-N 접합의 감소된 저항으로 인해 자유롭게 흐릅니다. 그러나 P-N 접합이 역방향 바이어스되면, 접합 장벽(따라서 저항)이 증가하고 전하 흐름은 최소화됩니다.
