コンテンツにスキップ

MOSFETとは

MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)とは、今日のLSIで最も一般的なトランジスタの型です。 東京エレクトロンの公式用語集は、シリコン基板に誘電性の酸化膜と金属層を重ねた構造で、ゲートへかけた電圧が電流を流すと記述しています。

名前の3語は、そのまま積み重ねた層を指します。Metalがゲートの電極、Oxideがその下の酸化膜、Semiconductorが土台のシリコンです。

動作の要は、真ん中の酸化膜が電流を遮る点にあります。ゲートに電圧をかけると、酸化膜が電流をせき止め、電界だけが下の半導体へ届きます。届いた電界は、その領域にいるキャリアの分布を変えます。

キャリアが集まると、ソースとドレインの間に電流の通り道が開きます。電圧を戻せば通り道は消え、電流は止まります。東京エレクトロンの公式用語集は、ゲートへかけた電圧が電流を流すと記述しています。電界で制御するから電界効果トランジスタです。

酸化膜が電流を遮ることが、動作の条件になる
Metal(ゲート電極)Oxide(酸化膜・電流を遮る)Semiconductor(シリコン基板)ソースドレイン電界が届いて通り道ができる絶縁されていることの意味ゲートに要るのは電圧だけ状態を保つ間、ゲートが使う電力はごくわずか構造が単純で、同じ工程で大量に並べられる数十億個を1チップへ載せる前提に合う
金属ゲート・酸化膜・シリコン基板の3層です。酸化膜が電流を遮るため、ゲートから下へ届くのは電界だけになります。その電界がソースとドレインの間に通り道を作ります。

絶縁されていることが強みになります

Section titled “絶縁されていることが強みになります”

ゲートが絶縁されている構造は、一見すると不便に思えます。電極が電流の通り道から切り離されているのに、どうやって制御するのかという話だからです。

ところが制御に要るのは電圧です。電圧をかけて保っている間、ゲートへ流れ込む電流はごくわずかにとどまります。つまり状態の維持に使う電力もごくわずかです。

この性質が、集積の前提になります。1つのチップに数十億個のトランジスタを載せるとき、それぞれが保持のために電流を要求すれば、合計はチップが逃がせる熱の量を超えます。保持に要る電力がごくわずかだからこそ、この規模まで並べられます。

1個あたりの小ささが、数十億倍される
電圧をかけて保っている間ゲート電圧をかける酸化膜(電流を遮る)ゲートへ流れ込む電流はほぼ無い通り道はできています。維持に要る電力はごくわずかです制御に要るのは電圧だけだから状態を保つだけなら、電力はほぼゼロスイッチを切り替える瞬間には電力を使うそれが数十億個ぶん掛け算されるもし1個が保持に電流を要求したら小さな電流 × 数十億 = 逃がせる熱を超える量チップが熱で止まるMOSFETならほぼゼロ × 数十億 = 熱の範囲に収まる保持の安さが、集積の上限を決めている
ゲートが絶縁されているため、電圧をかけて保っている間にゲートへ流れる電流はごくわずかです。1個あたりでは些細な差ですが、数十億個ぶん掛け算されると、チップが動くか熱で止まるかの差になります。

東京エレクトロンの公式用語集がMOSFETを今日のLSIで最も一般的なトランジスタの型としているのは、この2つ ── 保持の安さと、構造の単純さによる作りやすさ ── が集積の要求に合っているためです。

同じ用語集はムーアの法則を、大規模集積回路のトランジスタ数がおよそ18か月ごとに倍になるという経験則と記述しています。倍々で増やせる素子であることが、その前提にあります。

MOSFETとは何ですか?

Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistorの略です。東京エレクトロンの公式用語集は、今日のLSIで最も一般的なトランジスタの型とし、シリコン基板に誘電性の酸化膜と金属層を重ねた構造で、ゲートへかけた電圧が電流を流すと記述しています。

名前の3つは何を指しますか?

積み重ねた層です。Metalがゲートの電極、Oxideがその下の酸化膜、Semiconductorが土台のシリコンにあたります。この順に重なった構造がそのまま名前になっています。

電界効果とは何ですか?

電界で電流を制御することです。ゲートに電圧をかけると酸化膜をはさんだ下の半導体に電界が届き、その領域のキャリアの分布が変わります。通り道ができれば電流が流れ、消えれば止まります。

ゲートが絶縁されていて動くのですか?

動きます。ゲートに要るのは電圧だからです。酸化膜が電流を遮るため、状態を保っている間にゲートが使う電力はごくわずかです。

なぜLSIで最も多く使われるのですか?

待機時の消費が小さく、構造が単純で作りやすいためです。ゲートが絶縁されているので保持に要る電力はごくわずかで、同じ工程で大量に並べられます。数十億個を1チップへ載せる前提に合います。

パワーMOSFETとは違いますか?

原理は同じで、どの性能を優先するかが違います。論理回路用は小ささと低消費電力を、パワー用は高い耐圧と大電流を優先します。構造の作り方はそれぞれの目的に合わせて変わります。

この記事の事実は次の一次資料を根拠とし、各URLの到達可否をこちらで実測しています。したがって、リンク先が移動または消滅した場合は、その旨をこのページへ反映します。

回答待ち 更新中 公開Q&A

このページの質問窓口

AIに疑問を送る

「匿名で送信する」を押して内容を送ると、受付ID付きの回答URLを発行します。URLでは進捗を追うことができ、通常は1日以内に回答します。個人情報を取り除いて編集した質問と回答だけを、承認済み資料の出典リンクとともに公開Q&A一覧へ掲載します。

通常、1日以内に回答します 回答待ち 更新中

  1. 匿名で送る 分かりにくい箇所、指摘、追加してほしい内容を書きます。
  2. 受付IDと回答URLを保存する 送信後に発行されるURLへ、進捗が順次反映されます。
  3. 進捗と回答を追う URLには、受付済み、回答作成中、解決済みの状態と回答が載ります。
公開Q&A一覧へ 5〜4,000文字。氏名・連絡先などの個人情報、秘密情報は入力禁止です。

このフォームは匿名です。氏名・連絡先・応募情報などの個人情報、秘密情報、社外秘情報、契約情報、非公開資料の入力は禁止です。投稿原文は運営用DBに保存し、公開面には、個人情報・秘密情報・危険な命令を除く安全審査と読みやすい文章への編集を経た質問文と回答だけを載せます。状態は「受付済み」「回答作成中」「解決済み」の3段階です。安全審査の結果によっては公開を保留します。サイト側の機械検査を通った内容だけを運営側のAI回答作成環境へ送り、回答案の作成と、それとは独立したAI審査に使います。機械検査には見落としの可能性があり、回答作成と審査の履歴は利用中の環境に保持されます。IPアドレスや端末情報は送信対象外です。回答URLは公開Q&A用で、共有先からも開けます。送信により、この利用条件と審査後のQ&A公開に同意したものとします。