３分でわかる技術の超キホン FET（電界効果トランジスタ）とは？原理・特徴・用途の要点解説
今回は、電子回路部品のうち、FET（電界効果トランジスタ）について説明します。
１．FET（電界効果トランジスタ）とは？
電子回路を構成する部品のうち、FET（Field Effect Transistor）（電界効果トランジスタ）は、名前の通りトランジスタの一種です。
トランジスタは、一般的には「バイポーラトランジスタ」のことを言い、FETについては「ユニポーラトランジスタ」と呼ばれることもあります。
しかし、それぞれの動作原理は、かなり異なっています。
ここでは、半導体部品としてのFETについて基本的な部分をみていきましょう。
２．FETの原理
FETは、トランジスタのベース電極に相当するゲート電極を有していますが、その電極をトランジスタは電流によって制御しているのに対して、FETは電圧により制御しています。
まず、FETは「接合型」と「MOS型」という2種類に分かれています。
図1のように、回路記号も異なります。
【図1 接合型FETとMOS型FETの回路記号】
また、トランジスタのベースに対応する端子が「ゲート」、コレクタに対応する端子が「ドレイン」、エミッタに対応する端子が「ソース」と呼ばれます。
（1）接合型FETの構造・原理
図2は、接合型FETの構造と原理（仕組み）を示す図です。
【図2 接合型FETの構造】
図2では、P型半導体のゲート電極にN型半導体のドレイン電極とソース電極を接続しています。
今、ゲート―ソース間に電圧が加えられずに、ドレイン―ソース間に電圧（ドレイン側が+）が加えられたとすると、ドレイン―ソース間は単なるN型半導体となり、電子（－の電荷）はソース電極側からドレイン電極側に移動し、ドレインからソースに電流が流れることになります。すなわち、FETはオン状態になります。
《空乏層の大きさによる電流の制御》
図3では、ゲート―ソース間に電圧（ソース側が+ゲート側が―）が加えられています。
すなわち、ゲート側から見れば逆電圧が加えられています。
【図3 接合型FETと空乏層】
この状態では、電子（－の電荷）は、ソース電極側に引き寄せられ、ゲート側には正孔（＋の電荷）が引き寄せられます。結果として、電流は流れにくくなり、P型半導体とN型半導体の間には、電子も正孔も存在しない空乏層ができます。
ゲートの逆電圧を増やしていくと空乏層は大きくなり、ドレインとソース間の電子の通り道が狭くなります。
この通り道を「チャネル」といい、この図では、電子が移動するので「Nチャネル」といいます。
正孔が移動する場合は「Pチャネル」です（図でN型とP型が入れ替わった場合）。
このように、FETは、ゲートにかける電圧を制御することで、ドレインとソース間の電流を制御することができます。
（2）MOS型FETの構造・原理
図4は、MOS型FETの構造と原理（仕組み）を示す図です。
「MOS」とは、”Metal Oxide Semiconductor”のことで、ゲートの電極の下に酸化物層（通常はSiO2）があることが特徴です。
【図4 MOS型FETの構造】
図では、P型半導体の中に多数の正孔（＋の電荷）と少しの電子（－の電荷）が入るようにしておきます。
P型半導体の中の不純物を調整することにより、電子（－の電荷）を入れることができます。
図4では、ソース側にマイナスの電圧、ドレイン側にプラスの電圧がかかっています。
しかしながら、このままではP型半導体の中を電子（－の電荷）が移動することはできません。（正孔によって阻まれる）
したがって、この状態ではソース―ドレイン間の電流は流れません。
《反転層の形成》
【図5 MOS型FETと反転層】
図5は、ゲート―ソース間に電圧（ゲート側が+ソース側が―）をかけた図になります。
すると、ゲート電極のプラスにP型半導体の中の電子（－の電荷）が集まってきます。
このようにして電子が集まると、酸化膜の直下に本来P型であるはずなのに、電子のほうが多くなるためN型として動作する領域ができます。これを「反転層」と呼びます。
反転層が形成されると、ドレインとソースとがN型の半導体で導通してしまい、ドレインからソースに電流が流れます。
ゲートにプラスの電圧をかけると、ドレインからソースに電流が流れる状態、すなわちオン状態になります。
また、ゲート電圧の大きさにより、ドレイン電流の大きさを制御することも可能となります。
図5のようにN型の反転層（Nチャネル）が形成されるものを「NMOS」と呼びます。P型の場合は「PMOS」となります。
３．FETの役割と用途
FETは、トランジスタと同様に、増幅作用とスイッチングという役割があります。
ただ、FETとトランジスタは、それぞれ特徴が異なるので使用目的よって使い分けられています。
主な特徴の違いは、トランジスタが電流駆動であるのに対して、FETは電圧駆動です。
スイッチング速度は、トランジスタより速いです。
また、オン抵抗が高いためゲートを駆動する電力は少なく済むため、消費電力が少なくなります。
したがって、スイッチングの用途には、FETがよく用いられています。
CPUなどのデジタルICにおいては、ほとんどMOSFETが用いられています。
近年はFETの性能が上がり、低消費電力化の流れもあって、デジタルICに加えてアナログICにもMOSFETが使用されるようになっています。
今や、FET、特にMOSFETは、最も重要な半導体部品の一つといえるでしょう。
（日本アイアール株式会社 特許調査部 E・N)
