MOSトランジスタ
TaiyoMOSトランジスタとは？
MOSFET（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) は、主に 「スイッチ」 として使われることが多いが、「増幅素子」 としても利用される
MOSFETの2つの役割
- スイッチ（デジタル回路） → ゲート電圧でON/OFFを切り替え、電流を流したり止めたりする
- 増幅素子（アナログ回路） → 入力信号を大きくする「増幅回路」の一部として使われる
見た目はこんなもの 👀
画像で紐解く
- P型基板（青い部分） → 土台となる部分
- N型の部分（赤い部分） → ドレインとソース
- ゲート（灰色の部分） → 電圧をかけるとスイッチON！
- 酸化絶縁層（黄色の部分） → ゲートをP型基板と絶縁する
ソース（Source）とドレイン（Drain）とは？
- MOSFETのソース（S）とドレイン（D）は、電流が流れ込む側と流れ出る側
- 「どっちがソースでどっちがドレインか？」は、MOSFETの動作によって決まる
ソース（Source）
-「電子の供給源」＝ 電流が流れ始める側
- 電子（－）がここから出発し、ドレインへ向かう
ドレイン（Drain）
- 「電子が流れ込む側」＝ 電流が向かうゴール地点！
- ソースから出た電子（－）が、最終的にここにたどり着く！
「P型」「N型」って何？
MOSFETはシリコン（Si）で作られており、電気を流しやすくするために P型（+） と N型（-） に加工されています。
| 型 | 特徴 |
|---|---|
| P型（プラス） | 電子が少なく、正孔（+）が多い → 普段は電流を流しにくい |
| N型（マイナス） | 電子が多い → 電流を流しやすい |
📌 「P型がN型に変化する」のではなく、「電子が集まってP型の一部がN型っぽくなる」イメージ！
P型とN型が交互に組み合わさることで、MOSFETはスイッチとして機能する！
MOSFETのON/OFFは「電子の移動」で決まる
MOSFETでは、ゲート電圧をかけると電子がP型部分に集まり、N型のような性質を持つチャネル（電流の通り道）ができる。
• ゲート電圧なし → P型のまま（電子が少ない）→ 電流が流れない（OFF）
• ゲート電圧あり → P型部分に電子が集まる → N型のようになる → 電流が流れる（ON）
📌 つまり、「P型がN型に変化する」のではなく、「電子が集まってP型の一部がN型っぽくなる」ってイメージ！
酸化絶縁層（SiO₂）とは？必要？
酸化絶縁層（SiO₂）は、ゲートとP型基板を「直接接触させない」ために必要
❌酸化絶縁層がないと…
- ゲートとP型基板が直接接触し、ゲートに電流が流れてしまう
- 本来「ゲート電圧で電場を作り、電子を引き寄せる」はずが、ゲートが架け橋になってしまう
🟢 酸化絶縁層があると…
- 電流は流れずに、電場（電界）の影響だけがP型基板に伝わる
- MOSFETが正しくスイッチとして機能する
そもそも「電圧」とは？
📌 「電圧（V）」は、電荷（電子や陽イオン）を動かす力 のこと！
📌 「電場（電界）」は、電圧によって生まれる空間の力 のこと！
💡 電圧があると、その間に「電場」ができ、電子が引っ張られる！
• プラスの電圧（+）があると、電子（-）は引き寄せられる
• マイナスの電圧（-）があると、電子（-）は反発して押し出される
📌 つまり、MOSFETのゲートにプラス電圧をかけると、電子（-）が引き寄せられる！
電場（電界）に電子が引き寄せられる理由 → 「電場は電子に力を与えるから」
💡 電子は「電圧」に直接引き寄せられてるわけじゃなく、「電圧によってできた電場（電界）」によって引き寄せられている
💡 じゃあ、なんで電場に電子が引き寄せられるのか？ → それは「電場が電子に力を与える」から
📌 電場があると、電子は「引き寄せられる」か「押し出される」かのどちらかになる
• 正の電場（＋） → 電子（－）は引き寄せられる
• 負の電場（－） → 電子（－）は押し出される
💡 つまり、「電場は電子を動かす力」だと思えばOK
MOSFETでは「ゲートのプラス電圧」が電場を作り、電子を引き寄せる
MOSFETのゲートに 「プラス電圧（+）」をかけると、ゲートの下（P型基板）に「電場」ができる」
この電場が 自由電子（-）を引き寄せる！
🟥 OFF（ゲート電圧なし）
• 電場がないので、電子はP型に引き寄せられない
• P型のままで、N型のソースとドレインがつながらない（電流が流れない）
MOSFETでは「ゲートのプラス電圧」が電場を作り、電子を引き寄せる
MOSFETのゲートに 「プラス電圧（+）」をかけると、ゲートの下（P型基板）に「電場」ができる」
この電場が 自由電子（-）を引き寄せる！
🟥 OFF（ゲート電圧なし）
• 電場がないので、電子はP型に引き寄せられない
• P型のままで、N型のソースとドレインがつながらない（電流が流れない）
酸化絶縁層ってなに？必要？
- ゲートとシリコン（P型基板）を絶縁するためのガラスの膜
- MOSFETの酸化絶縁層（SiO₂）は、ゲート電極とP型基板を「直接接触させない」ために必要
- もし絶縁層がなかったら、MOSFETはちゃんとスイッチとして機能しない
イメージ👇
• 「電気が直接流れないようにするガラスの壁」
• 「ゲートに電圧をかけると、N型部分がつながってスイッチONになる」
絶縁体（SiO₂）を通っても「電圧」は伝わる！電流は流れない
💡 電圧（電位差）は「電荷の偏り」によって生じるから、絶縁体の向こう側にも影響を与える
💡 「電流」と「電圧」の違いを理解すれば、なぜ絶縁体を通じて電圧が伝わるのかが分かる
酸化絶縁層がないと、ゲート自体が「架け橋」になってしまう
💡 酸化絶縁層（SiO₂）がないと、ゲートが直接P型と接触し、MOSFETのスイッチとしての動作が破綻する
💡 ゲート電圧をかけると、「N型の架け橋を作る」はずなのに、ゲート自身が架け橋になってしまう
Taiyo電圧と電流の違い
-
電流とは？ →
「電子の流れ」。電流（I）は、電荷（主に電子）が移動すること
電圧があると、その間に電場（電界）が生じ、電子が動きやすくなる → これが電流 -
電圧とは？
→ 電圧（V）は、電荷（電子や陽イオン）の偏りによって生まれる「ポテンシャルの差（高さ）」のこと！
「電圧がある」とは、「電荷が不均一に分布していて、力が発生している状態」ってこと！
| 用語 | 例え | 説明 |
|---|---|---|
| 電圧（V） | 高さ | 高低差があると水が流れるように、電圧差があると電子が動く |
| 電流（I） | 水の流れ | 実際に電子が移動すること（電流） |
| 酸化絶縁層（SiO₂） | コップの壁 | 電流は流れないが、電場の影響だけが伝わる！ |
コップの水温で例えるとわかりやすい
コップの水温が伝わるのを想像すると、MOSFETの仕組みが理解しやすい
| コップの例 | MOSFETの動作 |
|---|---|
| 水はコップから漏れない | 電流は絶縁層を通らない（流れない） |
| コップを通じて水温が伝わる | 電場（電圧の影響）は絶縁層を通じて伝わる！ |
| コップがなければ水がこぼれる | 酸化絶縁層がなければ、ゲートに電流が流れてしまう！ |
電場（電界）とは？
→ 「電荷が作る見えない力の場」
電場（電界）は、「電荷（プラスやマイナス）が作る力の場」
電場があると、電子や陽イオンが「引き寄せられる or 押し出される」力を受ける
👉 例えば、「磁場があると鉄が引き寄せられる」みたいに、
👉 「電場があると電子やイオンが動く！」
📌 MOSFETのゲートにプラス電圧をかけると、電子（-）が引き寄せられる
TaiyoMOSFETで増幅ができる理由
そもそも「増幅」とは？
💡 「増幅＝エネルギーを作り出す」ではない！
💡 「小さな信号を利用して、大きなエネルギーを制御する」こと！
MOSFETの「増幅」は、正確には「制御」
MOSFETの増幅は、100の電気（エネルギー源）があるけど、それをゲートで調整して20や40にしてる
📌 例えるなら…
• 川の水門→ 川（100の電気）があるけど、水門で流れる量を調整してるだけ
なぜ「増幅」と言われるのか？
「入力信号（Vg）がめっちゃ小さい」
「でも、それによって出力（Id）がめっちゃ変わる」
「だから、出力が大きくなったように見える（＝増幅）」
例として「1の力（入力信号）」で「100の電気（外部電源）」を扱う、のようなことを「増幅」って言っている