【1】はじめに
MOSFETは、現在の半導体デバイスの中心的存在であり、
CPU、メモリ、スマートフォン、電源IC、センサーなど、
ほぼすべての電子機器で使われています。
MOSFETの特徴は、「電圧で電流を制御する」ことです。
BJTが電流制御型であるのに対し、MOSFETは電圧制御型トランジスタです。
この仕組みにより、消費電力が低く、高速・高密度な集積が可能になりました。
【2】構造の概要
MOSFETは、以下の4つの主要部分から構成されます。
１．ソース（Source）：電子や正孔が流れ出す端子。
２．ドレイン（Drain）：電子や正孔が流れ込む端子。
３．ゲート（Gate）：電界を使って電流を制御する端子。
４．基板（SubstrateまたはBody）：半導体の土台となる部分。
ゲートの上には絶縁膜（酸化膜：SiO₂）があり、
金属電極を介して電界を形成します。
これがMetal-Oxide-Semiconductorという名前の由来です。
【3】NチャネルMOSFETの動作原理（例）
MOSFETの代表的なタイプであるNチャネル（NMOS）の動作を見てみましょう。
１．ソースとドレインはN型、基板はP型半導体で構成される。
２．通常は、ソースとドレインの間に電子が流れない（OFF状態）。
３．ゲートにプラス電圧を加えると、P型領域内に電子が引き寄せられ、
表面にチャネルと呼ばれる導電層が形成される。
４．このチャネルを通して、電子がソースからドレインへ流れる。
このように、MOSFETはゲート電圧でチャネルの有無を制御することで、
電流をON／OFFします。
【4】閾値電圧（Vth：しきい値電圧）
MOSFETでは、ゲート電圧がある一定値を超えないとチャネルが形成されません。
この値を閾値電圧（しきい値電圧、Vth）と呼びます。
・ Vg < Vth → チャネルなし（OFF状態）
・ Vg > Vth → チャネル形成（ON状態）
この特性により、MOSFETはデジタル回路のスイッチとして理想的です。
【5】PチャネルMOSFETの動作
Pチャネル（PMOS）は、Nチャネルと逆の構造を持ちます。
・ ソースとドレインがP型、基板がN型半導体。
・ ゲートにマイナス電圧を加えるとチャネルが形成され、電流が流れる。
NMOSが電子を流すのに対し、PMOSは正孔を流します。
CMOS回路では、この2つがペアで使われます。
【6】MOSFETの動作領域
MOSFETの動作は、ドレイン電圧とゲート電圧の関係によって以下の3つに分かれます。
・カットオフ領域：Vg < Vth → チャネルなし、電流ゼロ。
・線形領域（トライオード領域）：Vg > Vth かつ Vdが低い → 抵抗のように電流が比例的に増加。
・飽和領域：Vg > Vth かつ Vdが高い → 電流が一定になり、増幅動作を行う。
デジタル用途ではカットオフと飽和の2状態を利用し、
アナログ用途では線形領域で動作させます。
【7】BJTとの違い（比較理解）
BJTとMOSFETの代表的な違いは次の通りです。
● 制御方式：BJTは電流制御、MOSFETは電圧制御。
● 入力インピーダンス：MOSFETは非常に高く、電力損失が少ない。
● スイッチング速度：MOSFETの方が高速。
● 構造：BJTはPN接合2個、MOSFETは絶縁ゲート構造。
この特性の違いにより、BJTはアナログ増幅用、MOSFETはデジタル回路や電力スイッチ用に使い分けられます。
【8】MOSFETの利点
・ 低消費電力（入力電流ほぼゼロ）
・ 高集積化が容易（小型化・高密度化に有利）
・ スイッチングが高速
・ CMOS構造で相補動作が可能（NMOS＋PMOS）
このため、MOSFETは集積回路の心臓部と呼ばれます。
【9】欠点・課題
・ 静電気に弱く、ゲート酸化膜が破壊されやすい。
・ しきい値電圧のばらつきが大きいと誤動作を起こす。
・ 微細化が進むと、リーク電流や短チャネル効果が問題になる。
これらの課題を克服するために、FinFETやGAA（Gate-All-Around）構造が開発されています。
【10】代表的な応用例
・ CPU、GPUなどのロジック回路
・ メモリセル（SRAM、DRAM）
・ 電源回路、モータドライバ
・ オペアンプなどのアナログ回路
・ センサー回路、通信モジュール
MOSFETは「増幅・スイッチ・電力制御・信号処理」の全てを担う万能素子です。
【11】まとめ
・ MOSFETは電圧で電流を制御するトランジスタ。
・ ゲート電圧によりチャネルを形成し、ON/OFFを実現。
・ 高入力インピーダンス・低消費電力・高速応答が特長。
・ 現代のIC・LSI・VLSIの基本構成要素である。
【理解チェック】
１．MOSFETの電圧制御型とは何を意味するか？
２．MOSFETの4つの端子名を答えよ？
３．NチャネルとPチャネルの違いは？
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。
