半導体22【電験3種 理論】MOSFETの動作（正孔除去・電子チャネル・nチャネル）を判別する！平成23年度 A問題11 完全解説

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。

出題のポイント

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。

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V_GS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V_GSを上昇させるとドレーン電流I_D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

ポイント解説：正のV_GSで正孔除去→電子チャネル形成→I_D増加、nチャネル

p形基板の多数キャリヤは正孔。ゲートにしきい値以上の正電圧V_GSを加えると、基板表面近くの正孔が反発・除去され（(ア)＝正孔）、代わりに少数キャリヤの電子が引き寄せられて薄い層（反転層＝チャネル）ができる（(イ)＝電子）。この電子のチャネルがソースとドレーンをつなぐ。

V_GSを上げるほどチャネルの電子が増え、ドレーン電流I_Dは増加する（(ウ)＝増加）。チャネルのキャリヤが電子なのでnチャネルMOSFET（(エ)＝n）。よって(ア)正孔・(イ)電子・(ウ)増加・(エ)nの(1)。

問題の解説

STEP1　(ア)(イ) 除去されるキャリヤとチャネル

正の電圧でp形基板表面の正孔が除去され((ア)＝正孔)、電子が集まって反転層（チャネル）ができる((イ)＝電子)。

STEP2　(ウ) ドレーン電流の変化

V_GSを上げるとチャネルの電子が増えI_Dは増加する。(ウ)＝増加。

STEP3　(エ) チャネルの種類

電子がキャリヤのチャネルなのでnチャネルMOSFET。(エ)＝n。よって(1)。

答え：(1)

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)

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