第9回分
■MOSトランジスタ
MOSトランジスタが他のトランジスタより優れている点は何か
ゲートが本体から離れているので、ゲートに電流が流れないこと、が
最大の特長といえます。
あとは、別の講義で扱う内容ですが、スケーリング(比例縮小)が効く、
ことでしょうか。
MOSトランジスタはどのようなものに利用されているのか
最近のほとんどあらゆる電子機器の中の集積回路の、
ほとんどすべてはMOSトランジスタを使います。
断面図だけでなく上から見た図を見たい
ちょっと手近な資料が見つかりませんが、
集積回路工学第1などで扱うことになります。
MOSトランジスタのMOSってどういう意味か。
ちゃんと講義中にも扱いました。
講義資料を見ておきましょう。
トランジスタには、エミッタベースコレクタがあると思っていたが、MOSトランジスタにはないのか。
MOSトランジスタはなぜDSGなのか。MOSじゃないのか
トランジスタのベース等に相当するのが、
ゲート(G)・ソース(S)・ドレイン(D)、ということになります。
VGSが負だとチャネルに電子が、VGSが正だとチャネルに正孔が集まるのはなぜ？
逆ですね。
VGSが負だと、正の電荷を持つ正孔が引き寄せられてきます。
■MOSトランジスタの小信号等価回路
最後の小信号等価回路のGの部分がなぜあのような形になるのか
小信号等価回路の導き方が分からない
あの小信号等価回路のidとvgs, vdsの関係を求めると、
id = gm・vgs + ...という式になるから、
ああいう等価回路を考えることにしましょう、ということです。
どうやって導かれるか、は、考えないことにしましょう。
小信号等価回路で表した時、不都合は生じないのか
上記のとおり、大丈夫です。
ただし、次回に触れますが、適切なバイアス(動作点)を
設定しておく必要はあります。
vgsの係数をgm、vdsの係数を1/rdとするのはなぜ？
1/rdと書いた理由が分からない
そういう定義・習慣だから、ですね。
■MOSトランジスタの構造
最初からn-n-nトランジスタにしないのはなぜか
それだと、n-p-nでオフにできないから、ですね。
オンとオフと切り替えられるから、トランジスタ、です。
p-n-p構造は存在するのか
今回講義で紹介したMOSトランジスタは、正しくは
nチャネルMOSトランジスタ、と呼ばれるもので、
ご質問のタイプのものは、pチャネルMOSトランジスタと呼ばれるものです。
■閾値電圧
閾値電圧Vtはどのようなものに依存するのか
製造時にチャネル領域に設定する不純物の濃度などで決まります。
Vgs=VtとなるVtは存在するのか
Vtは上記のとおり、製造時に決まる値です。
Vgs=Vtの時、チャネルでは、電子と正孔は同じ密度なのか
直感的には、そのような理解でよいと思います。
Vgs＜Vtでも少量の電流が流れるのか
Vtに近いところでは、ごく微量の電流（サブスレッショルド電流）が
流れることが知られています。
■MOSトランジスタの特性
Vgs>0で、小さい場合と大きい場合で電子の動き方の違いが理解できない
チャネルがN型に反転するかどうかで、切り分けて考えると
よいかと思います。
P型の中の電子正孔が動くのにN型の電子正孔が動かないのはなぜか
ゲート(G)に加える電圧の影響が及ばないから、ですね。
チャネルにははっきりした境界があるのか。それとも電子や正孔の集まり方によって境界はその時々で変わるのか
チャネル領域自体は、SとDのN型領域にはさまれた領域のことで
そこの性質がN型になったりP型になったりする、ということです。
VgsVdsIdの関係が簡単に表せない理由は何か
チャネル領域でゲート(G)が作る電界と、それによる
電子・正孔の分布が、厳密には求められないから、です。
gmが定数で、vgsが電圧で、なぜgm・vgsは電流源と考えられるのか
idのうち、vgsに比例して変わる成分をgm・vgsとおく、ということです。
チャネル反転出来ない領域が現れるのは、Dにある電子に正孔が引き寄せられるからか
そのように理解しても差し支えないと思います。
Vgd>Vtの場合、変わった動作が起こったりしないのか
反転できない領域（ピンチオフ点）がでてきますね。
Vgd
Vgd
Vtは、チャネルを反転するのに必要な電圧、だからです。
反転出来ないところが長くなるとIdは小さくならないのか
反転できないところが長くなっても、その長さがチャネル全体に比べて
短ければ、反転している領域の長さは一定とみなせるので、
反転している領域に加わる電圧は一定、とみなせます。
したがって、Idはほぼ一定となります。
Vds-Id特性の導出で、電圧は一定とあったが、一定なのはVgdが一定と考えて良いか
ある程度大きければVdsによらずにIdが一定、という意味ですかね。
そうであれば、↑のとおりです。
Vds-Id特性で、Vgsが小さい時もIdが流れているが、Vgs-Id特性と矛盾している気がする
そのVgsは、Vtより大きいときいだけ、ですよ。
Vgs＜Vtならば、VdsによらずにId=0、です。
Vds-Id特性のグラフで、Vgsを大きくすると、Vds=Vgs-Vtが右にずれていたのに対して、Vgsを小さくしても、小さくする前のVds=Vgs-Vtの値と同じ位置からIdが一定になるのは、Vgsを小さくするとVtも小さくなるからか
そのような理解でよいと思います。
動作点の所で、t-Vgsグラフのtは何ですか
時刻、ですね。
時間とともに変化する信号を与えるとき、を例として考えました。
逆方向電圧を印加したした場合でも、少数キャリアの影響でわずかに電流が流れると思うが、この場合は全く流れないのか。また、Id=0の時、電子正孔の動きは全くないのか
MOSトランジスタの場合は、少数キャリアによる電流は存在しません。
■その他
偏微分による式からグラフを表現するときはどうすればよいのか
難しいですねえ・・・
最後の式のメリットが分からない
次回、小信号等価回路を使った回路の解析をすると、
メリットがわかるかと思います。
等価回路とは何か
外から見ると、本物と見分けがつかない回路、のことです。
テストはいつなのか
Web参照。
高校でダイオードを学んでいないのに加え、森本先生の半導体工学を取っていないが、授業には支障はないのか
まあ半導体がらみの話は今回だけですので、
あまり気にせずに。
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