اختراع ترانزیستور BJTدر سال 0311در آزمایشگاههای بل آغاز عصر مدارهای حالت جامد بود و به الکترونیکی انجامید که نحوه کار،سرگرمی، و در واقع زندگی انسانها را تغییر داد. اختراع BJTسرانجام به غلبه فناوری اطلاعات منجر شد و اقتصاد مبتنی بر دانش ظهور کرد. ترانزیستور دوقطبی تقریبا به مدت سه دهه عنصر منتخب برای طراحی مدارهای گسسته و مجتمع بود. در دهههای 0371و 0311بود که ماسفت توانست خود را به عنوان رقیب جدی BJTمطرح کرد هرچند مدتها قبل از شناخته شده بود. در این سالها شکی نیست که ماسفت پرکاربردترین عنصر الکترونیکی است ولی BJTهنوز عنصر مهمی است که در بعضی کاربردها همچنان عنصر برتر محسوب میشود. مثلا قابلیت اطمینان BJTدر شرایط سخت کاری آن را به عنصر غالب در صنعت خودروسازی تبدیل کرده است ، زمینه هایی که هنوز در حال رشد است.
مدل الکترونهای آزاد دید خوبی از ویژگی های فلزات مانند هدایت حرارتی، هدایت الکتریکی، ظرفیت گرمایی در اختیار ما قرار میدهد ولی قادر به توجیه خیلی از ویژگیهای مهم دیگر نظیر تفاوت میان رساناها، نیمه رساناها و عایق ها نیست. در نتیجه به یک تئوری دقیق تر برای توضیح این موضوع نیاز داریم که همان تئوری ساختار نواری جامدات است. ساختار نواری ناشی از تداخل لایه های الکترونی است و زمانی روی میدهد که فاصله بین دو اتم کم شده و همپوشانی بین لایه های الکترونی ایجاد شود. هنگامی که دو اتم بهم میپیوندند، دو دسته معادلات موج الکترون روی هم قرار گرفته و دو اتم دیگر دارای ابر الکترونی مجزا نبوده بلکه تشکیل یک مولکول میدهند. قسمت مهمی از یک نمودار باند الکتریکی انرژی فرمی است که خواصی مثل خواص اپتیکی، مغناطیسی یا الکتریکی به محل قرارگیری انرژی فرمی در باند وابسته است.
ترانزیستور اثر میدان، دسته ای از ترانزیستورها هستند که مبنای کار کنترل جریان در آنها توسط ِیک میدان الکتریکی صورت میگیرد. با توجه به اینکه در این ترانزیستورها تنها یک نوع حامل بار (الکترون آزاد یا حفره) در ایجاد جریان الکتریکی دخالت دارند، میتوان آنها را جزو ترانزیستورهای تک قطبی محسوب کرد که در مقابل ترانزیستورهای دوقطبی (که حاملهای اکثریت و اقلیت همزمان در آنها نقش دارند) قرار میگیرند. ترانزیستورهای اثر میدان دارای سه پایه ای سورس، درین و گیت هستند. این دسته از ترانزیستورها خود به دو گروه ماسفت و جیفت تقسیم میشوند. در این تحقیق میخواهیم به بررسی ترانزیستورهای نوع JFET بپردازیم.
در این تحقیق در ابتدا به بحث ها و مشکلات ایجاد شده در توصیف وضعیت الکترون در اطراف هسته میپردازیم تا به نیاز معادله شرودینگر برای توصیف وضعیت آن پی ببریم، بعد از آن به حل معادله شرودینگر در داخل هسته پرداخته، و اعداد کوانتومی را به دست می آوریم و سپس توصیف فیزیکی موارد ذکر شده، مورد بحث و بررسی قرار خواهد گرفت. در ادامه به توضیح در مورد اسپین الکترونی پرداخته خواهد شد و با استفاده از آن ذرات بنیادی دسته بندی خواهند شد. در انتها نیز به بیان قوانین هوند پرداخته و از آنها برای بررسی نحوه پرشدن اوربیتال ها استفاده میکنیم.
ماسفت معروف ترین ترانزیستور اثر میدان در مدار های آنالوگ و دیجیتال است. این گونه از ترانزیستورهای اثر میدان نخستین بار در سال 1952 معرفی شد. در آن هنگام، ساخت و بکارگیری این ترانزیستورها به سبب نبود علم و ابزار با دشواری همراه بود و به همین دلیل برای پنج دهه فراموش شدند. در آغاز دهه 1970 میلادی بار دیگر ماسفت ها برای ساختن مدارهای مجتمع مورد توجه قرار گرفتند. در ترانزیستورهای اثر میدان همانطور که از نامش پیداست، پایه کنترلی، جریانی مصرف نمیکند و تنها با اعمال ولتاژ و ایجاد میدان درون نیمه رسانا، جریان عبوری کنترل میشود.