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MOSFET

MOSFETは、現代の電子機器で見られる最も一般的で広く使われているトランジスタの一つです。現代のCPUや集積回路では、しばしば数十億個単位で使用されています。MOSFETは電圧制御スイッチに分類され、論理演算や増幅器の作成にも利用できます。これらは、これまでに作られた中で最も高性能なコンピュータやデータ処理・計算機械の基本的な構成要素です。 MOSFETが広く使われる理由の一つは、シリコン(Si)ウェハー上で大量生産する場合に比較的低コストで製造できることです。

MOSFETは、酸化物と呼ばれる絶縁体の上に金属ゲートが設置された構造を持ちます。二酸化ケイ素(SiO2)は、従来のプロセス技術で一般的に使用されてきた酸化物です。MOSFETには、p型シリコン基板に埋め込まれたドープ済みn型材料を含む2つのn型ウェルがあります。また、p型MOSFETも存在し、この場合はウェル型と基板の極性がn型MOSFETとは逆になります。 MOSFETの重要な寸法の一つであるチャネル長は、2つのn型ウェルを物理的に分離しています。2つのウェルはそれぞれドレインとソースと呼ばれます。 この2つのn型ウェル間の空間は、金属ゲートに電圧が印加されると電界が形成される場所です。ゲートに電圧が加わると電界が形成され、金属ゲートに正電荷が生じ、チャネルに沿って負電荷が並ぶ反転が発生します。この反転とチャネル長に沿った負電荷の蓄積により、伝導チャネルが形成され、ドレインからソースへ電流や電子を流すことが可能になります。 この状態では、トランジスタはスイッチのようにオンになり、以前は流れなかった電流を流すことができます。このため、MOSFETは電圧制御スイッチと見なされます。流れる電流はIds(ドレイン電流)と呼ばれます。ゲートからVgsと呼ばれる電圧が除去されると、チャネルは閉じられ、電流は流れなくなり、トランジスタはオフ状態になります。

MOSFETは完全に線形なデバイスではなく、動作状態も複数存在します。用途や条件によって、望ましい状態や望ましくない状態があります。 一般的な状態として飽和状態があり、この状態ではゲートにさらに電圧を印加しても、デバイスはこれ以上電流を流しません。

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