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トランジスタの動作原理はイメージで実感しよう

初学者にとっては、トランジスタの動作原理は少しとっつきにくいと感じられるかもしれません。

そんなときは、まずはイメージで理解してから正確な知識を得るための学習をすることが助けになると思います。

例えば、MOS FETやMES FETなどの所謂ユニポーラ系トランジスタの動作は、水門が水の流れを制御しているイメージがぴったり当てはまります。

そのような図を頭に浮かべて理解することがお勧めです。

トランジスタの「ソース」は「貯水池」、「ゲート」は「水門」、「ドレイン」は「排水口」と置き換えてイメージするのです。

と言いますか、トランジスタのそれぞれの電極の名前は正にそのイメージでつけられているのですね。

貯水池(ソース=Source、源)に溜まっている水(電子/ホール)が水路を通って流れ出ようとしている途上に水門(ゲート=Gate)があり、この水門が上下することで排水口(ドレイン=Drain)へ流れ込む水量(電流)を変えている、というイメージを頭に浮かべると良いのです。

 

化合物半導体でよく使われるMES FET(Metal-Semiconductor Field Effect Transistor)構造では、トランスタのゲート電極の印加電圧を変化させることにより、直下の空乏層(電子・ホールが流れない空間)の厚みを変化させます。

まさに水門のように流れを制御してくれるのです。

半導体の動作原理をちゃんと理解しようとすると、バンド理論を知っている必要があり、バンド理論の理解には、その基となる固体論や量子力学も知る必要が出てきますが、どこまで深く学習するかは、その方のキャリアによって大きく異なってきます。

どこまで深く理解することを目指すにしても、半導体の動作を数式だけで捉えるようとするのではなく、イメージも伴って捉えるということは、理解の大いなる助けになるでしょう。

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