【電験三種：理論】令和５年度下期　問１１

MOSFETの長所
　・入力インピーダンスが高い。
　・オン抵抗が低い。
　・小型化がしやすく、集積しやすい。
　・高周波に適している。

MOSFETの短所
　・大電流を流すのに向かない
　・静電気に弱い

N型MOSFET

P型MOSFET

N型のMOSFETは
Ｐ型半導体のボディに、Ｎ型半導体のソース・ドレインで構成されます。ゲートは、酸化膜を挟んで端子が形成されます。

MOSFETはゲートに電源を接続して、＋の電圧を印可すると、コンデンサのように酸化膜に＋の電荷が溜まります。
酸化膜の逆側には、－の電荷が溜まっていきます。
溜まった－電荷によって、ドレインとソースのN型半導体間にチャネルと呼ばれる電流が通る経路が形成されます。

ドレイン－ソース間に電圧を印加することで、ソースからドレインに電子が流れますので、電流はその逆の流れとなりドレインからソースに流れます。
ゲート－ソース間電圧\(V_{GS}\)を変化させることで、チャネルのキャリア（－電荷）濃度を操作することができるため、ドレイン電流の電流量を変化させることができます。

以上のように、金属酸化膜半導体（Metal Oxide Semiconductor）で形成したゲート端子に、電圧を印加することで、電界効果（Field Effect）によってキャリアを集めてチャネルを形成します。そうすることで動くトランジスタ（Transistor）であるため、金属酸化膜電界効果トランジスタ（MOSFET）と呼びます。

P型のMOSFETは
N型半導体のボディに、P型半導体のソース・ドレインで構成されます。ゲートは、酸化膜を挟んで端子が形成されます。

MOSFETはゲートに電源を接続して、－の電圧を印可すると、コンデンサのように酸化膜に－の電荷が溜まります。
酸化膜の逆側には、＋の電荷が溜まっていきます。
溜まった＋電荷によって、ドレインとソースのP型半導体間にチャネルと呼ばれる電流が通る経路が形成されます。

ソース－ドレイン間に電圧を印加することで、ソースからドレインに電流を流すことができます。

ドレイン－ソース間に電圧を印加することで、ソースからドレインに正孔が流れますので、電流は同じ流れとなりソースからドレインに流れます。
ゲート－ソース間電圧\(V_{GS}\)を変化させることで、チャネルのキャリア（－電荷）濃度を操作することができるため、ドレイン電流の電流量を変化させることができます。

JFETの長所
　・入力インピーダンスが高い。
　・小型化がしやすく、集積しやすい。
　・高周波に適している。

JFETの短所
　・ノイズに弱い
　・静電気に弱い

N型JFET

P型JFET

NチャネルのJFETは、ドレイン・ソース間に\(V_{DS}\)の電圧を印加すると、N型半導体のキャリアである電子がソースからドレインに流れます。
※電流は電子の流れの順方向になるので、S→Dに流れます。

ゲート・ソース間に逆バイアス（\(V_{GS}<0\）を印加すると空乏層が拡がります。空乏層により、電子の流れる経路が狭くなるため、電子の流れが抑制されます。
逆バイアス電圧を増加させると、空乏層によって電子の流れる経路がなくなりますので、電流が流れなくなります。

PチャネルのJFETは、ドレイン・ソース間に(V_{DS})の電圧を印加すると、P型半導体のキャリアである正孔がソースからドレインに流れます。
※電流は正孔の流れの逆方向になるので、D→Sに流れます。

ゲート・ソース間に逆バイアス（\(V_{GS}>0\）を印加すると空乏層が拡がります。空乏層により、正孔の流れる経路が狭くなるため、正孔の流れが抑制されます。
逆バイアス電圧を増加させると、空乏層によって正孔の流れる経路がなくなりますので、電流が流れなくなります。