【トランジスタとは？】半導体の基本となるトランジスタについて解説

本記事では、半導体デバイスの中核をなすトランジスタについて解説します。

トランジスタは、電気信号を制御するための重要な電子部品で、集積回路（IC）の多くは微細なトランジスタの集合体です。　　　　

まずは、トランジスタの基本原理について理解し、その役割についても触れていきます。

トランジスタとは

トランジスタにはいくつも種類がありますが、ただ単にトランジスタといえばバイポーラトランジスタを指します。

バイポーラトランジスタはn型とp型の半導体を組み合わせた3層構造になっており、エミッタ (emitter)、 ベース (base)、 コレクタ (collector) という 3つの電極があります。

また、p型とn型の半導体の組み合わせ方により、npnとpnpの２つのタイプがあります。現在は、npn型が主流です。

トランジスタの動作原理

ここでは、npn接合のバイポーラトランジスタの動作原理を説明します。

トランジスタは、ベースに電流を流すことでコレクタからエミッタに電流が流れます。

①エミッタとコレクタの半導体はn型で電子が多く、ベースはp型 半導体なので正孔が多いです。また、ベースの幅は数μm程度と非常に薄いです。pn接合においては、接合面で空乏層となっています。

②エミッタ – コレクタ間に、エミッタ側がマイナスとなるように電圧をかけた場合、空乏層が広がり電子は空乏層に阻まれ電流は流れません。

③ここで更にエミッタ – ベース間に、エミッタ側をマイナスとして電圧をかけるます。するとエミッタに存在する電子がベースに向かい移動します。しかし、ベースの幅は非常に薄いので流れ込んだ電子のほとんどはベースを通過します。その結果エミッタ-コレクタ間に電流が流れることになります。

トランジスタの役割

トランジスタの役割は、増幅作用とスイッチング作用があります。

増幅作用

トランジスタの増幅作用とは、エミッタ – ベース間のわずかな電流変化が、エミッタ – コレクタ間の電流に大きな変化となって出力される作用です。

コレクタ電流 がベース電流 の何倍になるかを示す値を直流電流増幅率と呼び 、この値は数十から数百にまで及びます。

注意点として、出力電流はエミッタ-コレクタ間に接続されている電源から供給されており、ベース電流がそのまま大きくなっているわけではありません。

使用例は、ラジオやオーディオのアンプです。電波やデジタル信号を音として聞こえるように増幅させています。

スイッチング作用

スイッチング作用とは、エミッタ – ベース間にわずかな電流を流すことで、エミッタ – コレクタ間にその何倍もの電流を流すことができる作用です。

つまり、ベースのスイッチをON/OFFすることで、エミッタ – コレクタ間の電流を流したり止めたりできるということです。

スイッチング作用を組み合わせるにより、IC（集積回路）を動かしているデジタル回路を作ることができます。

まとめ

トランジスタが発明されたことにより、電子機器の多くが小型化されました。

トランジスタは、電子機器や通信技術、情報技術などの様々な分野で幅広く利用されており、現代のテクノロジーの進化に不可欠な部品です。

そして、家電やスマートフォンなどの便利で高機能なデバイスが私達の生活を豊かさを支えています。