MOSFET

質問

今、MOSFETについて、勉強しているのですが、参考書の回路図に直流電圧と交流電圧が使ってあるのですが、なぜ、直流と交流が使ってあるのですか。ネットで調べてみたのですが、うまく調べれませんでした。よろしくお願いしなす。

回答No.1

ichiro-hot · ベストアンサー

MOSFET
Metal Oxcide Semiconductor + Field effect transister
　前半はこのトランジスタを作っている主要素材・原料（金属酸化物半導体）をあらわしており、後半が動作原理（電界効果トランジスタ）を表した言葉です。直流と交流が関係しているのは後者のＦＥＴに関係しています。
　ＦＥＴではトランジスタ本体を作るのがＰ型半導体であれば途中にＮ型半導体が作ってあり、反対に本体を作るのがＮ型半導体であれば途中にＰ型半導体が作ってあります。
　本体の電流の流れ込み口をソース，流れ出し口をドレイン（原理的にはソースとドレインはどちらでも良い）、途中の反対のタイプの半導体部分をゲートといいます。ソースは文字どおり水源地，ドレインは蛇口、ゲートはコックに相当します。ある意味水道の蛇口のような仕組みで電流を制御するのでＦＥＴの場合にはコレクタ・エミッタ・ベースに相当する部分をこのようによんでいます。

　いま、本体がＮ型半導体であるとします。これは自由電子過剰で、普通の金属と電流の担体は同じです。何も無ければ金属と同じと考えてかまいません。ここに流す電流は交流でも直流でもどちらでも良く、これが制御したい電流の本流というだけです。普通はここに一定の電圧をかけておくと考えます。

　その途中に電子不足の元素を過剰に入り込ませて、Ｐ型半導体にしてゲートが作って有ります。そこでは電子の不足した正孔ができていて、電流の流れを妨げています。
　このゲートにかける電圧を直流で制御します。ここに外部から直流電圧のマイナスの電圧をかけるとＰ型半導体に電子が流れ込み正孔がつぶされていきます。そのためＰ型半導体として働く部分が減り、電流を妨げる働きが弱くなり、本流のソース・ドレイン間の電流はたくさん流れます。
　逆にプラスの電圧をかけると、Ｐ型半導体から電子が奪われ、周囲からさらに電子を奪っていくことでＰ型半導体の多い領域が増えていきます。そのためその周辺のＮ型半導体の部分が狭くなり、電流はあまり流れなくなります。
　このようにゲートにかける電圧の向きによりケーと電極の周辺の電流を流すことのできる部分（チャネル＝海峡）の幅を制御しています。

　このようにＦＥＴではゲートにかける電圧がどちら向きかによって、川の流れに対して『水門』を開け閉めして制御するように電流を制御しています。このチャネルが広ければチャネルでの電流に対する抵抗は小さく、チャネルが狭くなると抵抗が大きくなります。従って、ソース・ドレイン間の電流はこのチャネルの抵抗に反比例して＝ゲート電圧の方向に関係して変化することになります。ここに増幅したいシグナルを電圧の変化としてかけています。（入力信号を交流にすればそれが増幅されて振幅の大きな交流電流が取り出せます。）

　普通のトランジスタはＰＮ接合に順方向電流を流すとそれに比例したコレクタ-エミッタ間電流が流れるますが、ＦＥＴでは電圧を変化させるだけでゲート・ドレイン間に電流が流れているわけでは有りません。このように動作原理が違うので、その動作原理から「電界効果トランジスタ」と呼ばれています。

お礼

回答ありがとうございました。大変、丁寧な説明で参考書の回路図を見ながら、回答を読んでみると、イメージがわいてきました。