トランジスタの特性とは何ですか？

トランジスタは、デバイス内の電気の流れを制御および増幅する電子デバイスのコンポーネントであり、最新の電子機器の開発において最も重要な発明の1つと考えられています。トランジスタの動作に影響を与える重要なトランジスタ特性には、トランジスタのゲイン、構造、極性、および建設材料が含まれます。トランジスタの特性は、トランジスタの目的に応じて大きく異なる場合があります。

トランジスタは、はるかに多くの量の流れを制御するための信号として少量の電気を使用できるため有用です。これを行うトランジスタの能力は、トランジスタのゲインと呼ばれます。これは、トランジスタが生成する出力の比率として、その出力を生成するために必要な入力に測定されます。入力に対する出力が高いほど、ゲインが高くなります。この比率は、電力、電圧、または電流の観点から測定できます。動作周波数が上昇するにつれてゲインは減少します。

トランジスタチャラクトリスティックは、トランジスタの構成によって異なります。 一般的な材料には、半導体シリコン、ゲルマニウム、およびアルセニドガリウム（GAAS）が含まれます。ガリウムアルセニドは、電子移動度、電子が半導体材料を通って移動する速度が高いため、高周波数で動作するトランジスタによく使用されます。また、シリコンまたはゲルマニウムのトランジスタでより高い温度で安全に動作することができます。シリコンは他のトランジスタ材料よりも電子移動度が低いですが、シリコンは安価で、ゲルマニウムよりも高い温度で動作できるため、一般的に使用されています。

最も重要なトランジスタ特性の1つは、トランジスタの設計です。双極ジャンクショントランジスタ（BJT）には、ベース、コレクター、およびエミッターと呼ばれる3つの端子があり、ベースはコレクターとエミッターの間にあります。少量の電力がベースからエミッタに移動し、そして、電圧の小さな変化は、エミッタ層とコレクター層の間の電気の流れにはるかに大きな変化をもたらします。 BJTは、負に帯電した電子と積極的に帯電した電子ホールの両方を電荷キャリアとして使用するため、双極性と呼ばれます。

フィールド効果トランジスタ（FET）では、1種類の充電キャリアのみが使用されます。すべてのFETには、Gate、Drain、およびSourceと呼ばれる3つの半導体層があり、BJTSベース、コレクター、およびエミッターにそれぞれ類似しています。ほとんどのFETには、ボディ、バルク、ベース、または基板と呼ばれる4番目の端子もあります。 FETが電子穴を使用して電荷を運ぶかどうかは、異なる半導体層の組成に依存します。

トランジスタ内の各半導体端子は、トランジスタの主要な半導体材料がドープされている物質に応じて、正または負の極性を有する可能性があります。 N型ドーピングでは、ヒ素またはリンの小さな不純物が追加されます。ドーパントの各原子外側のシェルに5つの電子があります。各シリコン原子の外側のシェルには4つの電子しかないため、各ヒ素またはリン原子は半導体を通過できる過剰な電子を提供し、負電荷を与えます。 P型ドーピングでは、ガリウムまたはホウ素がいずれも外側のシェルに3つの電子を持っていますが、代わりに使用されます。これにより、シリコン原子の外殻の4番目の電子が結合するものはなく、電子が動くことができる電子穴と呼ばれる対応する正電荷キャリアを生成します。

トランジスタは、コンポーネントの極性に応じて分類されます。 NPNトランジスタでは、中央端子（BJTSのベース、FETSのゲート）が正の極性を持ち、その両側の2つの層は負です。 PNPトランジスタでは、逆の場合があります。