MOSFET(モスフェット)とは何かを、一言でいうと――

「電気の通り道を“電圧”でコントロールできるスイッチ兼アンプ」です。

1. MOSFETって何の略?

MOSFET は

Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor

(メタル・酸化膜・半導体・電界効果トランジスタ)の頭文字です。

分解するとイメージしやすくなります。

Metal(金属):ゲート電極(G)

Oxide(酸化膜):ゲートと半導体を絶縁している超薄い絶縁膜(SiO₂など)

Semiconductor(半導体):電流の通り道となる部分(チャネル)

Field Effect(電界効果):ゲートにかけた電圧による“電界”で電流を制御する仕組み

つまり「絶縁されたゲートに電圧をかけることで、半導体内部の電流の流れ具合を操る素子」です。

2. 三端子の基本構造

MOSFETの端子は基本3つ(+ケースなどでボディが絡む場合あり)。

G:Gate(ゲート)

→「スイッチのボタン」。電圧をかけるだけでほとんど電流は流れない(理想的には)。

D:Drain(ドレイン)

→「電流の出口側」※回路図的には上側に描かれることが多い。

S:Source(ソース)

→「電流の入口側」。

イメージとしては、

「ソースとドレインの間に電流を流すか止めるかを、ゲート電圧で決めるバルブ」

BJT(バイポーラトランジスタ)が「電流で電流を制御する」のに対し、

MOSFETは「電圧で電流を制御する」素子です。

3. NchとPch、エンハンスとディプレッション

3-1. チャネルの種類

NチャネルMOSFET(Nch)

電子(マイナス)が主役

オンさせるには「ゲート電圧をプラス側」に振る

低オン抵抗・高速・パワー用途の主役

PチャネルMOSFET(Pch)

正孔(プラス)が主役

オンさせるには「ゲート電圧をマイナス側」に振る(ソース基準)

上側のハイサイドスイッチでよく使われるが、Nchより抵抗高め

現場感としては、

「とりあえず電源スイッチングやFET出力は Nch が本命。Pchは“配線を楽にしたいときの道具”」

くらいの立ち位置で覚えておくと整理しやすいです。

3-2. 動作モード

エンハンスメント型(通常オフ)

ゲート電圧を加えるとチャネルが“生成されて”電流が流れる

電源オフでちゃんと切れるので、パワー回路の主流

ディプレッション型(通常オン)

何もしないと通電していて、ゲートで「絞る」

特殊用途で使われることが多く、一般的な解説や入門書ではあまり登場しない

多くの人が仕事や hobbyで触るのは

「Nチャネル・エンハンスメント型MOSFET」

と思っておいてほぼ問題ありません。

4. どうやってオン・オフしているのか(ざっくり物理)

MOSFETのキモは「ゲートが絶縁されていること」です。

ゲートとチャネルの間には酸化膜(絶縁体)がある

ここに電圧をかけると、酸化膜を挟んで“電界”が発生

その電界が半導体内部のキャリア(電子や正孔)を引き寄せたり、追い払ったりする

その結果、ソース〜ドレインの間に「電流の通り道(チャネル)」ができたり消えたりする

重要なのは、

ゲートは基本的に「ほとんど電流が流れない」

だから「高い入力インピーダンス」= ちょっとした信号でもパワー回路を制御できる

という点。

PLC出力、マイコン、SoC などの弱い信号から大きな電流をさばけるのは、この特性あってこそです。

5. MOSFETの“おいしいところ”

ブログらしく、実務目線でメリットを整理しておきます。

5-1. 高速スイッチング

ゲートは容量的負荷なので、「充電・放電が終われば即オン/オフ」できる

DC-DCコンバータ、スイッチング電源、インバータなどで大活躍

5-2. 低オン抵抗(Rds(on))

オン状態の抵抗が非常に低くできる

→ 発熱が少ない、エネルギーロスが少ない

大電流スイッチとしてリレー代替にも使える

5-3. 電圧駆動で扱いやすい

BJTのようにベース電流を細かく考えなくていい

制御側がシンプル、マイコン直駆動などに向く

絶縁ゲートのため入力側と出力側の干渉が少ない

5-4. 小型・高耐圧・高電流対応

パワーMOSFETは数十V〜数百Vクラスまで豊富

モータドライブ、電源装置、車載ECU、FA機器、サーボ、太陽光パワコンなどあらゆる所に刺さっている

6. どこで使われているのか(イメージしやすい用途)

あなたが日常的に触れている電気機器の多くは、静かにMOSFETにお世話になっています。

スイッチング電源(ACアダプタ、PC電源、サーボ電源)

DC-DCコンバータ(5V→3.3V、バッテリ駆動機器)

インバータ(モータ制御、空調、エレベータ、産業機械)

LEDドライバ回路

自動車( ECU、電動パワステ、EV/HEVのバッテリ・インバータ)

マイコンやPLCの出力段(FET出力ユニット 等)

「メカリレーを電子化したい」「省エネしたい」「高速にON/OFFしたい」

→ たいてい行き着く先が MOSFET です。

7. 実務者目線で押さえておきたい注意点

ゲートはデリケートです。

絶縁膜は薄く、高電圧の静電気で簡単に壊れる

取り扱い時はESD対策必須

ゲートしきい値電圧(Vth)に惑わされない

データシートの Vth は「ちょっとだけ電流が流れ始める電圧」

実用的なオン抵抗を得るには、もっと高いゲート電圧が必要(例:ロジックレベルFETでも 4〜10V側の特性要チェック)

ボディダイオードの存在

MOSFET内部には順方向に導通するダイオードがある(NchならS→D方向)

フリーホイールパスとして便利な一方、逆流経路にもなりうるので回路設計時は意識必須

スイッチング損失

オン抵抗だけでなく、立ち上がり/立ち下がり時間の損失も無視できない

ゲート抵抗、ドライバIC、スナバ回路などで最適化が必要

こうした「良いけど、ちゃんと扱わないといじわるしてくるポイント」も含めて理解しておくと、ただの部品記号から“一緒に仕事をする相棒”に変わります。

8. 初心者へのまとめ

MOSFETを学び始めるとき、多くの人が

記号がややこしい

Nch / Pchで頭がこんがらがる

Vgs とか Vth とか専門用語が多い

と苦手意識を持ちがちです。

しかし、本質は驚くほどシンプルです。

「ゲートにかけた電圧で、ソース〜ドレインの電流を流すか止めるか決める“電圧制御スイッチ”」

これさえ押さえておけば、

あとは用途に応じて 「耐圧」「電流」「Rds(on)」「ゲート電圧」「パッケージ」を選んでいくだけです。

リレーでオンオフしていた世界を、静かに・速く・高効率に切り替えてくれるのがMOSFET。

スイッチング電源、インバータ、モータ制御、産業機械、EV、あらゆる“今どきの電気”を支えている縁の下の力持ちです。

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