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場效應電晶體由julius lilienfeld在2023年和2023年（1,900,018）的美國專利中提出。 此外，肖克利（shottleley），布拉頓（brattain）和巴丁（barden）在2023年正在研究場效應電晶體。儘管如此，極端的困難使他們轉向發明雙極電晶體。 肖克利的場效應電晶體理論於2023年發表。但是，直到2023年約翰·阿塔拉（john atalla）生產了一種工作裝置之後，材料處理技術才變得不夠成熟。
場效應電晶體（fet）是一種單極器件，僅使用一種電荷載體傳導電流。 如果基於n型半導體器件，則載流子為電子。 相反，基於p型的器件僅使用空穴。
在電路一級，場效應電晶體的操作很簡單。 施加到柵極輸入元件的電壓控制溝道的電阻，即柵極區域之間的單極區域。 （下圖）在n溝道器件中，這是輕摻雜的n型矽平板，兩端帶有端子。 源極和漏極端子分別類似於bjt的發射極和集電極。 在n溝道器件中，平板中心兩側的較重的p型區域用作控制電極，即柵極。 該門類似於bjt的基極。
「潔淨僅次於聖潔」適用於場效應電晶體的製造。 儘管可以將雙極型電晶體製作在潔淨室之外，但對於場效應電晶體而言卻是必不可少的。 即使在這樣的環境中，由於汙染控制問題，製造還是棘手的。 單極場效應電晶體在概念上很簡單，但是很難製造。 當今，大多數電晶體是積體電路中包含的場效應電晶體的金屬氧化物半導體品種（後文）。 但是，可以使用分立的jfet器件。
注：field effect transistor (fet)；場效電晶體
結場效應電晶體的橫截面。
上圖顯示了正確偏置的n溝道結型場效應電晶體（jfet）。 柵極構成到源極的二極體結，以漏極排出半導體平板。 柵極反向偏置。 如果在源極和漏極之間施加電壓（或歐姆表），則由於摻雜，n型條會在任一方向上導通。 導通既不需要柵極，也不需要柵極偏置。 如果如圖所示形成柵極結，則可以通過反向偏置的程度來控制導電。
下圖（a）顯示了柵極結處的耗盡區。 這是由於空穴從p型柵極區域擴散到n型溝道，使結周圍的電荷分離，在結處有非導電耗盡區。 由於重柵摻雜和輕溝道摻雜，耗盡區更深地延伸到溝道側。
n溝道jfet：（a）柵極二極體耗盡。 （b）反向偏置的柵極二極體會增加耗盡區。 （c）增加反向偏壓會擴大耗盡區。 （d）增加反向偏置會夾住s-d通道。
可以通過施加適度的反向偏壓來增加耗盡區的厚度，如圖b所示。 通過使溝道變窄，這增加了源極對漏極溝道的電阻。 在（c）處增加反向偏壓會增加耗盡區，減小溝道寬度，並增加溝道電阻。 在（d）處增加反向偏置vgs將切斷通道電流。 通道電阻將非常高。 發生夾斷的vgs為vp，即夾斷電壓。 通常為幾伏。 總之，可以通過柵極上的反向偏置程度來控制溝道電阻。
源極和漏極可互換，對於低電平漏極電池電壓（<0.6 v），源極至漏極電流可沿任一方向流動。即，可以用低壓交流電源代替漏電池。對於高漏極電源電壓，對於小訊號裝置，其電壓為10伏特，其極性必須如下圖（a）所示。該漏極電源（以前的圖中未顯示）會使耗盡區失真，從而將其放大到柵極的漏極側。對於從幾伏到幾十伏的常見dc漏極電源電壓，這是更正確的表示。隨著漏極電壓vds的增加，柵極耗盡區向漏極擴充套件。這增加了窄通道的長度，從而稍微增加了其阻力。我們之所以說「一點」，是因為較大的電阻變化是由於柵極偏置的變化引起的。下圖（b）顯示了與（a）處的矽橫截面相比的n溝道場效應電晶體的示意圖。柵極箭頭指向與結型二極體相同的方向。
「指向」箭頭和「非指向」條分別對應於p型和n型半導體。
n溝道jfet電流從（a）橫截面，（b）原理圖中的漏極到源極流動。
上圖顯示了大電流從（+）電池端子流向fet漏極，再從源極流出，回到（-）電池端子。 該電流可以通過改變柵極電壓來控制。 與電池串聯的負載會看到不斷變化的柵極電壓的放大版本。
還提供p溝道場效應電晶體。 通道由p型材料製成。 柵極是重摻雜的n型區域。 與更流行的n通道裝置相比，p通道電路中的所有電壓源都反向（下圖）。 還要注意，箭頭指向p溝道場效應電晶體的示意圖符號（b）的柵極之外。
p溝道jfet：（a）與n溝道器件相比，n型柵極，p型溝道，反向電壓源。 （b）注意原理圖上反向的柵極箭頭和電壓源。
隨著正柵極偏置電壓的增加，p溝道的電阻增加，從而減少了漏極電路中的電流。
分立裝置的製造橫截面如下圖所示。 定向為與示意圖符號相對應的橫截面相對於半導體晶元是上下顛倒的。 也就是說，柵極連線在晶圓的頂部。 柵極被重摻雜p +，以將空穴很好地擴散到溝道中，從而耗盡了較大的區域。 此n溝道器件中的源極和漏極連線被重摻雜n +，以降低連線電阻。 然而，圍繞柵極的溝道是輕摻雜的，以允許來自柵極的空穴深深地擴散到溝道中。 那就是n區。
結型場效應電晶體：（a）分立器件截面，（b）原理圖符號，（c）積體電路器件截面。
對於積體電路版本，所有三個fet端子都在管芯頂部可用，因此金屬化層（未顯示）可以互連多個元件。 （上圖（c））在模擬電路中，積體電路fet用於高柵極輸入電阻。 柵極下方的n溝道區域必須非常薄，以使柵極周圍的本徵區域可以控制和收縮溝道。 因此，溝道兩側的柵極區域不是必需的。
結型場效應電晶體（靜電感應型）：（a）橫截面，（b）原理圖符號。
靜態感應場效應電晶體（sit）是帶有掩埋柵極的短溝道器件。 （上圖）它是一種功率裝置，而不是小訊號裝置。 低柵極電阻和低柵極至源極電容構成了一種快速開關器件。 sit的能力為數百安培和數千伏。 並且據說具有10 ghz的驚人頻率。
金屬半導體場效應電晶體（mesfet）：( a）示意圖，（b）橫截面。
金屬半導體場效應電晶體（mesfet）與jfet相似，除了柵極是肖特基二極體而不是結二極體。 與更常見的歐姆接觸相比，肖特基二極體是半導體的金屬整流接觸。 在上圖中，源極和漏極是重摻雜（n +）。 通道是輕度摻雜（n-）。 mesfet的速度高於jfet的速度。 mesfet是耗盡型器件，通常像jfet一樣處於開啟狀態。 它們用作30 ghz的微波功率放大器。 mesfet可以由矽，砷化鎵，磷化銦，碳化矽和碳的金剛石同素異形體制成。
之所以稱為單極結型場效應電晶體（fet或jfet），是因為通道中的傳導是由於一種載流子引起的。
jfet的源極，柵極和漏極分別對應於bjt的發射極，基極和集電極。
向柵極施加反向偏壓會通過擴大柵極二極體的耗盡區來改變溝道電阻。
fpga/ic技術交流2020
junction field-effect transistors (jfet) worksheet
場效應電晶體
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