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MOSトランジスタとは?(1)

MOSトランジスタ(MOSFET)は、
Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor の略称で、電界効果トランジスタ(FET)の一種です。

半導体(Semiconductor)であるPN接合を2か所設け、その2ヶ所を橋渡しする形で 電極(ゲート(Gate)と呼びます)(この電極は当初金属(Metal)でできていました)を 絶縁体である酸化膜(Oxide)(下の断面図の SiO2 の部分)の上に置いた構造です。上から Metal-Oxide-Semiconductor の順に並んでいることがMOSという名前の由来です。

なお、PN接合の配置の種類により、
NチャンネルMOSトランジスタ(略してNMOS
PチャンネルMOSトランジスタ(略してPMOS
の2種類があります。

ゲートに橋渡しされている2ヶ所の部分は、ソース(Source)、ドレイン(Drain)と呼ばれ、その下の半導体は基板(Body または Substrate)といいます。

なお、ソースとドレインの区別ですが、
キャリアが入っていく方がソース、キャリアが出ていく方がドレイン
となります。詳しくは、MOSトランジスタの動作(5)MOSトランジスタの動作(13)を参照ください。

ele7_1.jpg

また、CMOSというのは、Complementary Metal Oxide Semiconductor の頭文字で、NMOS,PMOSを相補型に配置して、平たく言えば両方使って、ということを表します。
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MOSトランジスタとは?(2)

(1)で見たとおり、NMOSPMOSはゲート・ソース・ドレイン・基板の4端子素子です。(電圧制御する端子が4つあるということ)
Wikipedia 等に記載されている断面図と回路図記号を掲げると以下の通りになります。

ele7_2.jpg

ここで、ソースやドレインのところにつけられている”+”は不純物濃度が他より高いことを示しています。

MOSトランジスタのサイズですが、2つの長さを用いて表記します
ひとつはゲートの横幅である、もう一つはゲートの縦の長さのうち、ソース・ドレインにかかっている部分を表すです。Lは 0.1um から数 um 、Wは数um から数百um の値です。この2つを変更することでアナログ回路を設計していきます

ele7_3.jpg
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目標であったオペアンプの設計に6年かけて到達しました。ここからは応用的な内容を書ける限り書いていきたいと思います。

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