トランジスタの原理

自然科学

2020.03.16 2018.11.29

n型半導体２個とp型半導体１個（NPN接合：上図）、またはn型半導体１個とp型半導体２個（PNP接合）をつなげることによって、トランジスタを作ることができる。ここではNPN接合を例にその原理を説明する。

トランジスタはエミッタ（E)、ベース（B）、コレクタ（C）という３つの端子を持つ。このうち、ベースは他と異なる型の半導体が用いられており、その厚さはかなり薄くしてある。また、エミッタの不純物濃度はベースやコレクタと比べ高くしてある。

この３つの端子のうち、エミッタ‐コレクタ間にのみ電圧（エミッタ側が負）をかけると、エミッタの電子はベースに流れ込み、ベース内の正孔と結合する（上図）。その結果、薄いベース内のキャリアが不足して最終的には電流が流れなくなる（空乏層の形成）。また、コレクタ内の電子は＋極側に移動し、トランジスタ全体としても電流は流れない。

次に、エミッタ‐コレクタ間に加えエミッタ‐ベース間にも電圧をかけると、エミッタには電子、ベースには正孔がそれぞれ補充されるため、エミッタ‐ベース間には絶えず電流が流れ続ける。また、ベース側へ移動したエミッタの電子は、薄いベースの層を通過してコレクタにまで達する。これにより、エミッタ‐コレクタ間にも電子の流れが生じ、トランジスタ全体に電流が流れることになる（上図）。エミッタ‐コレクタ間の電流はエミッタ‐ベース間の電流によって制御され、エミッタ‐ベース間のわずかな電流の変化がエミッタ‐コレクタ間の電流を大きく変化させるため、トランジスタは増幅器やスイッチとして用いることができる。

このような仕組みをもつトランジスタのことをバイポーラトランジスタと呼び、回路内では以下の記号で表される。

【トランジスタの回路記号[1]】