a) Desenhe a estrutura básica de um JFET de canal p.
b) Aplique a polarização apropriada entre dreno e fonte e esboce a região de depleção para V_{\sigma}=0 \mathrm{~V}.

Passo 1

O enunciado pede:
a) desenhar a estrutura básica de um JFET de canal p, ou seja, a disposição do canal de tipo p com as regiões de gate dopadas tipo n^+, e os contatos de source e drain nas extremidades do canal;
b) aplicar a polarização drain–fonte adequada para um JFET canal p com tensão de gate–source V_{GS}=V_{\sigma}=0, e esboçar a região de depleção resultante junto às junções gate–canal.
Para resolver precisamos lembrar que num JFET de canal p:
  • o canal é dopado p;
  • as duas regiões laterais de gate são dopadas n^+ e formam junção p\!-\!n com o canal;
  • para operação normal, o gate é polarizado em zero (ou negativo) em relação ao source para manter as junções reversamente polarizadas;
  • como corrente de holes flui do source ao drain, o source deve estar em potencial mais alto que o drain (isto é, aplica-se um V_{DS}<0).

Passo 2

Desenho esquemático da estrutura (vista em corte lateral):
 Gate (\(n^{+}\)) Gate (\(n^{+}\))
 │ │
 │ │
 ─────────┴───────────┴────────── Metal de gate
 │ │
 ┌─┴───────────┴─┐
 │ │
 │ p-type │ ← canal de tipo p
 │ channel │
 │ │
 Source └┬─────────────┬┘ Drain
 (\(p^{+}\)) │ │ (\(p^{+}\))
 │ │
 Contatos Contatos
 ohmicos ohmicos
Nesse corte:
  • a barra central é o canal p;
  • de cada lado há uma região de gate dopada n^+ metálica;
  • nas extremidades do canal estão os contatos ohmicos de source e drain (ambos p^+);
  • o gate envolve lateralmente o canal formando duas junções p\!-\!n.

Passo 3

Polarização apropriada para canal p com V_{GS}=0:
– liga-se gate e source juntos a 0 V (ou mesmo potencial);
– aplica-se ao drain um potencial negativo em relação ao source, por exemplo -V_{DD}.
Assim:
V_{GS}=V_G-V_S=0, \qquad V_{DS}=V_D-V_S<0.
Na prática podemos pôr G e S em terra e o D em -V_{DD}.

Passo 4

Esboço da região de depleção ao longo do canal com V_{GS}=0 e V_{DS}<0:
 Gate (\(n^{+}\)) Gate (\(n^{+}\))
 │ │
 │ │
 │ ←Depleção→ │
 │ __________ │
 │ / \ │
 │ / \ │
 │ / \ │
────┴/ \┴──── Canal p
 │ │
 S (0 V) D (–\(V_DD\))
Explicação:
  • junto ao source, como V_{GS}=0, a junção gate–canal está apenas no potencial de built-in, gerando uma camada de depleção de largura W_0;
  • junto ao drain, o canal está a -V_{DS} e a junção gate–canal vê essa diferença como reverse bias maior, alargando a depleção para W_D>W_0;
  • o resultado é uma abertura do canal maior no source e mais estreita no drain, até chegar ao pinch-off se |V_{DS}| for grande.

Resposta

a) Estrutura de um JFET canal p: canal p central, duas regiões laterais dopadas n^+ como gate, contatos p^+ de source e drain nas extremidades.
b) Polarizando G e S a 0 V e o D a -V_{DD}, temos V_{GS}=0 e V_{DS}<0. A depleção junto às junções p\!-\!n é simétrica na extremidade do source (largura W_0) e se alarga na extremidade do drain (largura W_D>W_0), conforme esboçado acima.