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

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。

出題のポイント

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 【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

ポイント解説：nチャネルは多数キャリヤ(電子)、逆バイアスで幅↓→I_D↓、電圧制御

nチャネル接合形FETでは、n形チャネルの多数キャリヤ（電子）が移動してドレーン電流I_Dが流れる。よって(ア)＝多数。ゲートに逆方向電圧V_GSを加えると、ゲート側のpn接合に空乏層が広がりチャネルの幅が狭くなる（減少）。よって(イ)＝減少。

チャネル幅が減少すると電流が流れにくくなりドレーン電流I_Dは減少する。よって(ウ)＝減少。制御はゲート-ソース間電圧V_GSで行うので、FETは電圧制御形の素子。よって(エ)＝電圧。

問題の解説

STEP1　(ア) 移動するキャリヤ

nチャネルの多数キャリヤは電子。この電子が移動してI_Dが流れる。(ア)＝多数。

STEP2　(イ)(ウ) 逆バイアスの効果

ゲートに逆方向電圧→空乏層が広がりチャネル幅が減少((イ))→電流I_Dも減少((ウ))。

STEP3　(エ) 制御方式

ゲート電圧V_GSでI_Dを制御するので電圧制御形。(エ)＝電圧。よって(ア)多数・(イ)減少・(ウ)減少・(エ)電圧の(5)。

答え：(5)

まとめ

(ア)	多数（電子）
(イ)(ウ)	チャネル幅↓・ID↓
(エ)	電圧制御
答え	(5)

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