今回は平成23年度 理論科目 A問題11を解説します。MOS電界効果トランジスタ（MOSFET）の構造図をもとに、ゲートに正の電圧を加えたときに除去されるキャリヤ・チャネルを作るキャリヤ・ドレーン電流の変化・チャネルの種類を問う穴埋め問題です。
p形基板にn形のソース・ドレーンをもつMOSFETで、ゲートにしきい値以上の正電圧を加えると、基板表面の正孔が除去され電子の薄い層（反転層＝チャネル）ができます。これがnチャネルMOSFETで、ゲート電圧を上げるとドレーン電流が増える点がポイントです。
平成23年度 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。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「平成23年度 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）】 平成23年度 A問題11
次の文章は、電界効果トランジスタに関する記述である。
図に示すMOS電界効果トランジスタ(MOSFET)は、p形基板表面にn形のソースとドレーン領域が形成されている。また、ゲート電極は、ソースとドレーン間のp形基板表面上に薄い酸化膜の絶縁層（ゲート酸化膜）を介して作られている。ソースSとp形基板の電位を接地電位とし、ゲートGにしきい値電圧以上の正の電圧VGSを加えることで、絶縁層を隔てたp形基板表面近くでは、(ア)が除去され、チャネルと呼ばれる(イ)の薄い層ができる。これによりソースSとドレーンDが接続される。このVGSを上昇させるとドレーン電流IDは(ウ)する。
また、このFETは(エ)チャネルMOSFETと呼ばれている。
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) 正孔 電子 増加 n (2) 電子 正孔 減少 p (3) 正孔 電子 減少 n (4) 電子 正孔 増加 n (5) 正孔 電子 増加 p
出題のポイント：正のゲート電圧が正孔を追い払い、電子を呼ぶ
p形基板の表面に、ゲートから正の電圧をかける——すると何が起きるかを順に追えば、4つの空欄はすべて埋まります。
p形基板の多数キャリヤは正孔（正電荷）です。正の電圧に反発して追い払われる——代わりに少数キャリヤの電子が引き寄せられます。
できるチャネルはn形（電子）なので、この素子は「nチャネルMOSFET」です。基板がp形でもチャネルがn形なら、nチャネル——名前はチャネルで決まります。
解説：4つの空欄を順に埋める
| 空欄 | 答え | 根拠 |
| (ア) | 正孔 | p形基板の多数キャリヤ。正のゲート電圧に反発して除去される |
| (イ) | 電子 | 正のゲート電圧に引き寄せられ、薄い層（チャネル）を作る |
| (ウ) | 増加 | \(V_{GS}\) を上げるほどチャネルが濃くなり電流が増える |
| (エ) | n | チャネルが電子（n形）だから |
(ア)と(イ)は連動しています。正孔が去った場所に電子が来る——p形の表面がn形に「反転」するので、反転層という名前が付いています。
(ウ)が「増加」なのがJFETとの大きな違いです。JFETは逆電圧でチャネルを狭める（電流が減る）——MOSFETは正電圧でチャネルを作る（電流が増える）ので、向きが逆です。
誤答の正体：キャリヤの取り違えと増減
| 選択肢 | (ア) | (イ) | (ウ) | (エ) | 判定 |
| (1) | 正孔 | 電子 | 増加 | n | ◎ |
| (2) | 電子 | 正孔 | 減少 | p | ×（全部逆） |
| (3) | 正孔 | 電子 | 減少 | n | ×（(ウ)が誤り） |
| (4) | 電子 | 正孔 | 増加 | n | ×（(ア)(イ)が逆） |
| (5) | 正孔 | 電子 | 増加 | p | ×（(エ)が誤り） |
(3)と(5)がそれぞれ「1か所だけ」誤りです。(3)は(ウ)の増減、(5)は(エ)のチャネル名——惜しい誤答になっています。
(5)の「pチャネル」を選んでしまうのは、「基板がp形だからpチャネル」と考えたためでしょう。名前はチャネルの種類で決まる——基板ではありません。
⚠️ よくある間違い
「基板がp形＝pチャネル」は誤りです。nチャネルMOSFETはp形基板、pチャネルMOSFETはn形基板——基板とチャネルは必ず逆になります。
☝️ ひっかけの作り方：「しきい値電圧以上の正の電圧」という条件に注目してください。しきい値以下ではチャネルができず、電流は流れません——これがエンハンスメント形（ノーマリオフ）の特徴です。
深掘り①：MOSFETとJFETの動作の違い
同じFETでも、チャネルの作り方がまったく違います。対比して押さえておきましょう。
| 接合形FET（JFET） | MOSFET（エンハンスメント形） | |
| ゲート構造 | pn接合（逆バイアス） | 酸化膜で絶縁 |
| \(V_{GS}=0\) のとき | チャネルがあり電流が流れる | チャネルがなく電流は流れない |
| ゲート電圧の向き | 逆方向（負） | 正 |
| 電圧を上げると | 電流が減る | 電流が増える |
| 呼び名 | デプレッション形（空乏形） | エンハンスメント形（増強形） |
JFETは「開いている門を閉めていく」、MOSFETは「閉じている門を開けていく」——動作の向きが正反対です。
デジタル回路でMOSFETが使われるのは、ノーマリオフだからです。電圧をかけないと流れない——スイッチとして安全で扱いやすいのです。
深掘り②：反転層という現象
p形の表面がn形のように振る舞う——これが「反転層」です。ゲート電圧の大きさで3つの状態に分かれます。
| ゲート電圧 | 表面の状態 | 名称 |
| 負または0 | 正孔が集まる | 蓄積状態 |
| わずかに正 | 正孔が追い払われるだけ | 空乏状態 |
| しきい値以上 | 電子が集まりn形化 | 反転状態（チャネル形成） |
問題文の「\(V_{GS}\) がしきい値電圧以上」というのは、反転状態になる条件です。それ以下では空乏状態止まりでチャネルができません。
ゲートは酸化膜で絶縁されているので、電流は一切流れません。電界だけで表面のキャリヤを操る——だから「電界効果」トランジスタという名前です。
深掘り③：MOSFETがICの主役になった理由
現代の集積回路はほぼMOSFETです。バイポーラトランジスタに勝った理由を整理しておきましょう。
| 観点 | MOSFETの利点 |
| 消費電力 | ゲート電流ゼロ。CMOSなら切り替わる瞬間しか電流が流れない |
| 集積度 | 構造が単純で微細化しやすい |
| 製造 | 工程が少なく歩留まりが高い |
| 入力インピーダンス | 極めて高い（前段に負担をかけない） |
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。どちらか一方が必ずオフなので、定常状態では電流が流れません——だから消費電力が極めて小さいのです。
スマートフォンが1日持つのも、CMOSのおかげです。バイポーラICでは発熱が大きすぎて、これほどの集積は不可能でした。
深掘り④：MOSFETの3つの端子と役割
ソース・ドレーン・ゲート——それぞれの名前には意味があります。水の流れにたとえると分かりやすいです。
| 端子 | 英語の意味 | 役割 | バイポーラでの対応 |
| ソース（S） | 源 | キャリヤの供給源 | エミッタ |
| ドレーン（D） | 排水口 | キャリヤの出口 | コレクタ |
| ゲート（G） | 門 | 通り道の開閉を制御 | ベース |
「源から排水口へ流れる水を、門で調節する」——名前がそのまま動作を表しています。ゲートには電流が流れない（門は水を通さない）のもイメージどおりです。
基板（ボディ）を第4の端子として扱うこともあります。通常はソースに接続されますが、別の電位にすると特性が変わる（基板バイアス効果）——本問でも「ソースSとp形基板の電位を接地電位とし」と明記されています。
⏱️ 本番での進め方
❶ 正のゲート電圧 → 正孔が去り電子が集まる——反転層ができる。
❷ MOSFETは電圧を上げると電流が【増える】——JFETとは逆。
❸ 名前はチャネルで決まる——p形基板ならnチャネル。
❹ ゲートは絶縁されている——電流ゼロ、電界だけで制御。
💡 覚え方
「正の電圧は正孔を追い払い、電子を呼ぶ」——同じ符号は反発、逆符号は引き寄せという静電気の基本そのものです。難しく考える必要はありません。
出題履歴：MOSFETの動作原理は頻出
MOSFETの空欄補充問題は、数年に一度は必ず出題されます。「正孔が除去され電子のチャネルができる」「電圧を上げると電流が増える」——この2点が核心です。
この分野はほぼ毎年どこかで出題されます。手を動かして解ける状態にしておけば、本番で確実に得点できます。
あわせて解いておきたい記事：【理論】令和4年度上期A問題11（接合形FET）／【理論】平成24年度A問題11（半導体集積回路）
まとめ
| (ア)(イ) | 正孔除去→電子チャネル |
| (ウ) | I_D増加 |
| (エ) | nチャネルMOSFET |
| 答え | (1) |
▼あわせて解きたい関連問題
・半導体素子とMOSFET（半導体14）：【理論】平成30年度 A問題11
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