gate charge(ゲート電荷)

半導体測定に関する翻訳に、gate charge(ゲート電荷)という言葉がよく出てくる(例えば、Agilent B1506A回路デザイン用パワーデバイス・アナライザのp6)。

MOSFETは、金属-酸化物-半導体(Metal-Oxide-Semiconductor)構造を持つ電界効果トランジスタ(Field-Effect Transistor)の略である。

nチャネル(n型)MOSFETは、p型半導体基板上にチャネル(電気の通り道)と呼ばれる領域を挟んで離れた2箇所にn型半導体領域(一方にソース電極、もう一方にドレイン電極が接続される)がある。チャネル領域の真上には酸化膜(絶縁層)を挟んで金属電極(ゲート電極)が存在する。

ゲートに電圧をかけていない状態では、ソース(n型半導体領域)とドレイン(n型半導体領域)間のチャネル領域はp型半導体なので(チャネル領域の電流の担い手であるキャリアはホールであり、ソースとドレインのキャリア(電子)と異なるので)、ソースからドレインに電流は流れない。

ゲートに電圧をかけると、ゲートが正に帯電して、ソースとドレインのキャリア(電子)がゲートに引き寄せられてp型半導体のチャネル領域に侵入し、ゲート直下のチャネル領域のp型半導体がn型半導体に反転してキャリアが同じ種類になり、電流が流れる(このことから、nチャネルMOSFETと呼ばれる)。

このように、MOSFETはゲート電圧を制御(オン/オフ)することにより、ソース-ドレイン間の電流を制御(オン/オフ)している。MOSFETをオンにするために(駆動するために)、ゲートを帯電させる(ゲートに注入される)電荷量のことをゲート電荷と呼んでいる。ゲート電荷量が大きいということは、(ゲート電極-酸化膜-チャネル領域で構成されるコンデンサの)充電に時間がかかることを意味し、スイッチング(オン/オフ)に要する時間が長くなる(動作速度が遅くなる)。

p型半導体、n型半導体については、以下を参照

接合容量

MOSFETの動作については、以下を参照

インテル・ミュージアム > トランジスターの仕組み > MOSFET がスイッチとして動作する仕組み

MOSトランジスタとは? MOSトランジスタの動作

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