《理論》〈電子理論〉[R4上:問11]電界効果トランジスタの特徴に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆（やや易しい）

次の文章は，電界効果トランジスタ$\ \left( \mathrm {FET}\right) \ $に関する記述である。

図は，$\ \mathrm {n} \ $チャネル接合形$\ \mathrm {FET} \ $の断面を示した模式図である。ドレーン$\ \left( \mathrm {D}\right) \ $電極に電圧$\ V_{\mathrm {DS}} \ $を加え，ソース$\ \left( \mathrm {S}\right) \ $電極を接地すると，$\ \mathrm {n} \ $チャネルの$\ \fbox {　 （ア） 　} \ $キャリヤが移動してドレーン電流$\ I_{\mathrm {D}} \ $が流れる。ゲート$\ \left( \mathrm {G}\right) \ $電極に逆方向電圧$\ V_{\mathrm {GS}} \ $を加えると，$\ \mathrm {pn} \ $接合付近に空乏層が形成されて$\ \mathrm {n} \ $チャネルの幅が$\ \fbox {　 （イ） 　} \ $し，ドレーン電流$\ I_{\mathrm {D}} \ $が$\ \fbox {　 （ウ） 　} \ $する。このことから$\ \mathrm {FET} \ $は$\ \fbox {　 （エ） 　} \ $制御形の素子である。

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。

$$\begin{array}{ccccc} & （ア） & （イ） & （ウ） & （エ） \\ \hline (1) & 　　少数　　 & 　　減少　　 & 　　増加　　 & 　　電流　　 \\ \hline (2) & 　　少数　　 & 　　増加　　 & 　　増加　　 & 　　電流　　 \\ \hline (3) & 　　多数　　 & 　　増加　　 & 　　減少　　 & 　　電圧　　 \\ \hline (4) & 　　多数　　 & 　　減少　　 & 　　減少　　 & 　　電流　　 \\ \hline (5) & 　　多数　　 & 　　減少　　 & 　　減少　　 & 　　電圧　　 \\ \hline \end{array}$$

【ワンポイント解説】

電界効果トランジスタの動作原理に関する問題です。
$\ \mathrm {FET} \ $には本問に出題されているような接合形と絶縁ゲート形がありますので，合わせて覚えておくようにしましょう。
バイポーラトランジスタはベース電流で制御するため電流形，電界効果トランジスタはゲート－ソース間電圧$\ V_{\mathrm {GS}} \ $で制御するため電圧形の素子と呼ばれます。

1.接合形$\ \mathrm {FET} \ $の動作原理
接合形$\ \mathrm {FET} \ $（$\ \mathrm {n} \ $チャネル）は図1のような構造をした$\ \mathrm {FET} \ $です。$\ \mathrm {p} \ $チャネル形は動作原理はほぼ同じで電源の向きや$\ \mathrm {n} \ $と$\ \mathrm {p} \ $が逆になる等の違いがあります。
図1のようにゲート－ソース間電圧$\ V_{\mathrm {GS}} \ $が零である状態で，ドレーン－ソース間電圧$\ V_{\mathrm {DS}} \ $をかけると$\ \mathrm {n} \ $形半導体の多数キャリヤである電子の移動によりドレーン電流$\ I_{\mathrm {D}} \ $が流れます。

しかし，図2のようにある一定以上のゲート－ソース間電圧$\ V_{\mathrm {GS}} \ $をかけると，負の電圧がかかっているゲート電極側の$\ \mathrm {pn} \ $接合部でキャリヤの再結合が発生し空乏層が形成され，$\ \mathrm {n} \ $形半導体の導通領域が狭くなります。これにより，ドレーン電流$\ I_{\mathrm {D}} \ $が流れにくくなり，ドレーン－ソース間電圧$\ V_{\mathrm {DS}} \ $を上げても，ドレーン電流$\ I_{\mathrm {D}} \ $はある一定以上は流れなくなります。
したがって，ゲート－ソース間電圧$\ V_{\mathrm {GS}} \ $によりドレーン電流$\ I_{\mathrm {D}} \ $を調整することが可能なので，電圧制御形素子と呼ばれます。

【解答】

解答：(5)
(ア)
ワンポイント解説「1.接合形$\ \mathrm {FET} \ $の動作原理」の通り，電圧$\ V_{\mathrm {DS}} \ $を加え，ソース$\ \left( \mathrm {S}\right) \ $電極を接地すると，$\ \mathrm {n} \ $形半導体の多数キャリヤである電子の移動によりドレーン電流$\ I_{\mathrm {D}} \ $が流れます。

(イ)
ワンポイント解説「1.接合形$\ \mathrm {FET} \ $の動作原理」の通り，$\ V_{\mathrm {GS}} \ $を加えると，$\ \mathrm {pn} \ $接合付近に空乏層が形成されて$\ \mathrm {n} \ $チャネルの幅が減少します。

(ウ)
ワンポイント解説「1.接合形$\ \mathrm {FET} \ $の動作原理」の通り，$\ \mathrm {pn} \ $接合付近に空乏層が形成されると$\ \mathrm {n} \ $チャネルの導通する通路が減少し，ドレーン電流$\ I_{\mathrm {D}} \ $は減少します。

(エ)
ワンポイント解説「1.接合形$\ \mathrm {FET} \ $の動作原理」の通り，$\ \mathrm {FET} \ $は$\ V_{\mathrm {GS}} \ $によりドレーン電流$\ I_{\mathrm {D}} \ $が調整されるので，電圧制御形の素子となります。