トランジスタは、「電気の流れを増幅・制御する装置」です。
英語では Transistor = Transfer + Resistor（抵抗を転送するもの）。
1950年代に発明され、真空管に代わる革命的な電子部品となりました。

現代のスマートフォンやPCの中には、数十億個のトランジスタが集積されています。
半導体の世界では、トランジスタが「すべての論理・演算の最小単位」です。

トランジスタには主に2つのタイプがあります。

1. バイポーラトランジスタ（BJT：Bipolar Junction Transistor）
2. 電界効果トランジスタ（FET：Field Effect Transistor）

それぞれの動作原理は異なりますが、
目的はどちらも「小さな信号で大きな電流を制御する」ことです。

BJTは、PN接合を2つ組み合わせた構造になっています。

種類は2つ：
・NPN型（N-P-N）
・PNP型（P-N-P）

NPN型を例にすると：
・エミッタ（Emitter）
・ベース（Base）
・コレクタ（Collector）
の3つの領域で構成されます。

電流の流れ方：
・ベースにわずかな電流を流すと、
　コレクタからエミッタに大きな電流が流れる。

これにより、「小さな入力 → 大きな出力」＝増幅が可能になります。

１．ベースに少しの電流を流すと、ベース・エミッタ間のPN接合が順方向バイアスとなる。

２．エミッタから電子がベースに注入される。

３．ベースは非常に薄いため、電子の多くが再結合せず、コレクタ側へ抜ける。

４．結果として、コレクタ電流がベース電流の100倍程度に増幅される。

→ これが「電流増幅作用」です。

FETは、電圧で電流を制御するトランジスタです。
BJTが「電流で電流を制御」するのに対し、
FETは「電圧で電流を制御」します。

代表的なFETは MOSFET（Metal Oxide Semiconductor FET）。
構成要素は：
・ソース（Source）
・ドレイン（Drain）
・ゲート（Gate）
・チャネル（Channel）

ゲートに電圧をかけると、酸化膜を隔てて電界が発生します。
この電界によって、チャネル（電子が通る道）の状態が変化します。

・電圧をかけないと、チャネルは閉じており電流が流れない。
・電圧をかけると、チャネルが開き、電子がソース→ドレインへ流れる。

つまり、ゲート電圧がスイッチのON/OFFを決定します。

MOSFETは電力消費が少なく、集積化に向いているため、
現代の半導体集積回路の主流です。

１．スイッチ：ON/OFF制御（デジタル回路）

２．増幅器：小信号を大きくする（アナログ回路）

コンピュータの「0」と「1」は、
このトランジスタのON/OFFで表現されています

トランジスタは年々小型化され、現在は3nm世代に突入しています。
1つのチップの中に数百億個が集積され、
消費電力を抑えながら高速演算を可能にしています。

最近では、以下のような新構造も登場しています。
・FinFET（フィン型トランジスタ）
・GAAFET（Gate-All-Around構造）
・ナノシートトランジスタ
・3D積層構造（TSMC、Samsungなどが採用）

・微細化の限界（量子トンネル効果の増大）
・リーク電流や発熱の問題
・製造コストの急上昇
・新材料（SiC, GaN, CNT, 2D材料）の実用化

→ 今後は「物理的な微細化」から「新材料・新構造・AI設計」へシフト。

・トランジスタは電流や電圧を制御・増幅する半導体素子。
・BJTは電流で制御、FETは電圧で制御。
・すべての電子機器・IC・CPUの基本構成要素。
・今後はナノスケールから原子レベル設計へ進化。

１．トランジスタの主な役割は何か？

２．MOSFETの動作を決めるのは何か？

３．現代の主流構造で使われているのは？

コラム監修：角本 康司 (オーティス株式会社)
語学留学や商社での企画開発を経て2011年にオーティス株式会社入社。経営企画部を中心に製造・技術部門も兼任し、2018年より代表取締役として事業成長と組織強化に努めている。

※本記事は教育・啓発を目的とした一般的な技術解説であり、特定企業・製品・技術を示すものではありません。