マイクロプロセッサーなどの集積回路には、MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) と呼ばれるトランジスターが用いられています。MOSFET は、外部から電圧を加えることで電流の流れを制御するトランジスターのことです。構造が単純で集積させやすく、小さな電力で動作します。MOSFET には、電流の入口となるソース、出口となるドレイン、電流の流れを制御するゲートという 3 つの金属電極があります。ゲートにかける電圧を制御することで、ソースとドレイン間の電流を流したり、止めたりします。

MOSFET では、ソースとドレインに同じ性質を持つ半導体、ゲートの真下にあるチャネル領域にその反対の性質を持つ半導体を配置します。例えば、n 型と呼ばれる MOSFET は、ソースとドレインに自由電子を多く含む半導体 (n 型半導体) 、ゲート下のチャネル領域に自由電子が不足している半導体 (p 型半導体) を組み合わせます。逆に、ソースとドレインに p 型半導体、ゲートに n 型半導体を配置した p 型の MOSFET もあり、両者を組み合わせたものを CMOS (Complementary MOS) と呼んでいます。

ここでは、n 型の理想的な MOSFET を例にとり、トランジスターがスイッチとして動作する仕組みを簡単にご説明します。

スイッチ OFF の状態
ゲートに電圧をかけないと、n 型半導体からなるソースとドレインの間に性質の異なる p 型半導体が挟まれるため、電気的に絶縁されます。これにより、ソースとドレイン間には電流が流れず、スイッチ OFF の状態となります。

スイッチ ON の状態
ゲートに電圧をかけると、ゲートの真下にあるチャネル領域に自由電子が引き寄せられます。このため、ソースとドレインを結ぶすべての経路で自由電子が豊富な状態となり、電流が流れやすくなります。これがスイッチ ON の状態に相当します。