半導体9【電験3種理論】nチャネル接合形FETの動作（多数キャリヤと電圧制御）を判別する！令和4年度上期 A問題11 完全解説

2026年7月14日2026年8月1日

電験3種理論科目電子理論（半導体等）令和4年度上期 A問題11 FETを流れるのは電子か正孔か？電圧制御の仕組み

今回は令和4年度上期理論科目 A問題11を解説します。nチャネル接合形FETの断面模式図をもとに、移動するキャリヤ・逆方向電圧を加えたときのチャネル幅とドレーン電流の変化・制御方式を問う穴埋め問題です。

nチャネルの多数キャリヤ（電子）がドレーン電流を担い、ゲートに逆方向電圧を加えると空乏層が広がってチャネル幅が減少し電流も減ります。ゲート電圧で制御する電圧制御形である点がポイントです。

令和4年度上期理論科目 A問題11：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種理論科目半導体等令和4年度上期 A問題11 問題文 — 令和4年度上期理論科目 A問題11 問題文

出典：一般財団法人電気技術者試験センター「令和4年度上期第三種電気主任技術者試験」理論科目 A問題11

電験3種理論科目【電子理論（半導体等）】令和4年度上期 A問題11

　次の文章は、電界効果トランジスタ（FET）に関する記述である。

　図は、nチャネル接合形FETの断面を示した模式図である。ドレーン(D)電極に電圧V_DSを加え、ソース(S)電極を接地すると、nチャネルの(ア)キャリヤが移動してドレーン電流I_Dが流れる。ゲート(G)電極に逆方向電圧V_GSを加えると、pn接合付近に空乏層が形成されてnチャネルの幅が(イ)し、ドレーン電流I_Dが(ウ)する。このことからFETは(エ)制御形の素子である。

上記の記述中の空白箇所(ア)〜(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

(ア) (イ) (ウ) (エ)
(1) 少数減少増加電流
(2) 少数増加増加電流
(3) 多数増加減少電圧
(4) 多数減少減少電流
(5) 多数減少減少電圧

	(ア)	(イ)	(ウ)	(エ)
(1)	少数	減少	増加	電流
(2)	少数	増加	増加	電流
(3)	多数	増加	減少	電圧
(4)	多数	減少	減少	電流
(5)	多数	減少	減少	電圧

出題のポイント：FETは「電圧で門を開け閉めする」素子

FET（電界効果トランジスタ）は、ゲート電圧で電流の通り道（チャネル）の幅を変える素子です。水路の門を上げ下げして流量を変えるイメージ——だから「電圧制御形」です。

nチャネルなら、通り道はn形半導体です。n形の多数キャリヤは電子——だから流れるのは多数キャリヤになります。

接合形FETの動作

$$V_{GS}\ (\text{逆方向})\ \uparrow\ \Rightarrow\ \text{空乏層}\ \uparrow\ \Rightarrow\ \text{チャネル幅}\ \downarrow\ \Rightarrow\ I_D\ \downarrow$$

※ゲートには逆方向電圧を加えるので、ゲート電流はほとんど流れません。入力インピーダンスが非常に高いのが特徴です。

バイポーラトランジスタとの最大の違いがここです。バイポーラはベース電流で制御する「電流制御形」、FETはゲート電圧で制御する「電圧制御形」——入力に電流がほぼ要りません。

nチャネル接合形FETで電子がソースからドレーンへ移動し、負のゲート電圧で空乏層が広がってチャネル幅とドレーン電流が減少する流れを示す解説 — nチャネルJFETは、多数キャリヤの電子が流れる通り道をゲート電圧で絞る電圧制御形の素子です。

解説：4つの空欄を順に埋める

空欄	答え	根拠
(ア)	多数	nチャネルを流れるのはn形の多数キャリヤ＝電子
(イ)	減少	逆方向電圧で空乏層が広がり、チャネルが狭くなる
(ウ)	減少	通り道が狭くなるので電流が減る
(エ)	電圧	ゲート電圧で制御する電圧制御形

(ア)の「多数キャリヤ」が最初の関門です。FETは多数キャリヤだけが動くので「ユニポーラトランジスタ」とも呼ばれます。バイポーラは電子と正孔の両方が関わるので「バイ（2つの）ポーラ」です。

(イ)(ウ)は連動しています。空乏層が広がる → チャネルが狭くなる → 抵抗が増える → 電流が減る——一本道です。

(エ)は「電圧制御形」です。ゲートには逆バイアスがかかっているので電流がほぼ流れない——電圧だけで制御していることになります。

n形半導体の多数キャリヤが電子である理由と、電子の移動はソースからドレーン、慣用電流IDはドレーンからソースであることを示す解説 — 電子は負電荷なので、電子の移動方向と慣用電流IDの向きは反対です。(ア)は多数です。

nチャネルJFETでVGSを0から負へ変えると空乏層が広がり、チャネル幅とIDが減少する過程を断面図、伝達特性、ショックレー式で示す解説 — VGSを負へ動かすほど空乏層が広がり、チャネル幅とIDは減少します。VGSが負のカットオフ電圧に達するとIDはほぼ0です。

nチャネルJFETのゲートをソースより負にした電圧制御回路と、空欄4条件を公式問題の五つの選択肢へ照合して選択肢5を確定する解説 — ゲート電流はほぼ0でもVGSでIDを制御できるため電圧制御形です。4条件すべてに一致するのは選択肢(5)です。

答え(ア) 多数、(イ) 減少、(ウ) 減少、(エ) 電圧　→　選択肢(5)

誤答の正体：バイポーラの特徴が紛れ込んでいる

選択肢	(ア)	(イ)	(ウ)	(エ)	判定
(1)	少数	減少	増加	電流	×
(2)	少数	増加	増加	電流	×
(3)	多数	増加	減少	電圧	×（(イ)が誤り）
(4)	多数	減少	減少	電流	×（(エ)が誤り）
(5)	多数	減少	減少	電圧	◎

(4)が最も惜しい誤答です。(ア)(イ)(ウ)まで正しいのに、(エ)が「電流制御形」——バイポーラトランジスタと混同したケースです。

(1)(2)の「少数キャリヤ」もバイポーラの特徴です。バイポーラではベースに注入された少数キャリヤが主役——FETでは多数キャリヤだけが動きます。

⚠️ よくある間違い
「FET＝電圧制御形＝多数キャリヤ」「バイポーラ＝電流制御形＝両方のキャリヤ」——この2行をセットで覚えれば、選択肢の大半が消せます。

☝️ ひっかけの作り方：(イ)で「増加」を選ばないでください。空乏層が広がるとチャネルは【狭く】なります。空乏層はキャリヤがない領域——そこが増えれば通り道は減ります。

深掘り①：FETとバイポーラトランジスタの対比

2つのトランジスタは、動作原理がまったく違います。対比表で確実に区別しておきましょう。

	接合形FET（JFET）	バイポーラトランジスタ
制御方式	電圧制御形	電流制御形
キャリヤ	多数キャリヤのみ（ユニポーラ）	電子と正孔の両方（バイポーラ）
端子名	ゲート・ドレーン・ソース	ベース・コレクタ・エミッタ
入力インピーダンス	非常に高い	低い
雑音	少ない	やや多い
温度特性	熱暴走しにくい	熱暴走しやすい

端子名の対応も覚えておきましょう。ゲート↔ベース（制御端子）、ドレーン↔コレクタ、ソース↔エミッタ——役割が対応しています。

入力インピーダンスが高いのがFETの最大の利点です。前段の回路から電流を奪わない——だから計測器の入力段やセンサ回路で重宝されます。

深掘り②：JFETとMOSFETの違い

FETには接合形（JFET）とMOS形（MOSFET）があります。本問はJFETですが、実用上の主流はMOSFETです。

	JFET（接合形）	MOSFET（MOS形）
ゲートの構造	pn接合（逆バイアス）	酸化膜で絶縁
ゲート電流	わずかに流れる（逆方向漏れ電流）	ほぼ完全にゼロ
入力インピーダンス	$10^{8}\ \Omega$ 程度	$10^{14}\ \Omega$ 程度
動作	デプレッション形のみ	エンハンスメント形／デプレッション形
用途	アナログ・高周波	IC・パワー・デジタル

MOSFETのゲートは酸化膜（$\mathrm{SiO_2}$）で絶縁されています。「Metal-Oxide-Semiconductor」の頭文字——金属・酸化膜・半導体の3層構造です。

ゲートが完全に絶縁されているので、電流はまったく流れません。ただし静電気に弱い——取り扱いには静電気対策が必要です。

深掘り③：デプレッション形とエンハンスメント形

ゲート電圧がゼロのときに電流が流れるかどうかで、2つのタイプに分かれます。

	デプレッション形（空乏形）	エンハンスメント形（増強形）
$V_{GS}=0$ のとき	電流が流れる（ノーマリオン）	流れない（ノーマリオフ）
制御	逆電圧をかけて電流を減らす	順電圧をかけて電流を増やす
該当する素子	JFET（本問）・一部のMOSFET	多くのMOSFET

本問のJFETはデプレッション形です。ゲート電圧ゼロでチャネルが開いていて、逆電圧で絞る——「もともと開いている門を閉めていく」動作です。

デジタル回路で使うMOSFETはエンハンスメント形が主流です。電圧をかけないと流れない（ノーマリオフ）——安全側の動作なので、スイッチとして扱いやすいからです。

深掘り④：FETの応用と選ばれる理由

現代の電子機器はFETだらけです。どこでどう使われているかを知っておくと、理解が定着します。

用途	使うFET	選ばれる理由
CPU・メモリ	MOSFET（CMOS）	消費電力が小さい・集積しやすい
電源回路のスイッチ	パワーMOSFET	高速・駆動電力が小さい
センサの入力段	JFET	入力インピーダンスが高い・低雑音
高周波増幅	GaAs FET・HEMT	電子移動度が大きく高速

CMOS（相補型MOS）はnチャネルとpチャネルを組み合わせた回路です。切り替わる瞬間しか電流が流れない——だから消費電力が極めて小さく、集積回路の標準になりました。

パワー分野でもMOSFETやIGBTが主役です。電圧駆動なので制御回路が簡単——インバータやコンバータの心臓部として、機械科目でも登場します。

⏱️ 本番での進め方
❶ FET＝電圧制御形＝多数キャリヤ——バイポーラは電流制御形＝両方のキャリヤ。
❷ 逆電圧↑ → 空乏層↑ → チャネル↓ → 電流↓——一本道。
❸ 「少数キャリヤ」「電流制御形」はバイポーラの語——FETの問題では誤り。
❹ ゲート・ドレーン・ソース——ベース・コレクタ・エミッタに対応。

💡 覚え方
「FETは水門、バイポーラは水車」——FETは電圧で門の幅を変えるだけで、門自体には水（電流）が流れません。バイポーラはベースにも電流を流す必要がある——この違いが「電圧制御」と「電流制御」です。