電界効果トランジスタ（FET）とは？仕組みやメリット、3つの端子の役割をわかりやすく解説

スマートフォンやパソコンなど、現代の電子機器に欠かせない「電界効果トランジスタ（FET）」。名前は難しそうに聞こえますが、その役割は「電気の壁（電界）を使って、電流の流れを自在に操る門番」のようなものです。

FETは、従来のトランジスタに比べて省エネで小型化が得意という特徴があり、今のデジタル社会を影で支える主役と言っても過言ではありません。しかし、その内部で何が起きているのかをイメージするのは少し難しいかもしれません。

この記事では、FETの仕組みを「水道のホース」などの身近な例えに置き換え、画像を見なくても頭の中で鮮明にイメージできるよう解説します。端子の名前の覚え方から、最新のMOSFETがなぜ凄いのかまで、初心者の方に向けて丁寧にお伝えします。

電界効果トランジスタ（FET）とは「電気の壁で流れを操る」部品
FETの仕組みを水道のホースでイメージしてみよう
FETの3つの足の名前と役割を覚えよう
現代社会の主役！MOSFET（モスフェット）の凄さ
FETが活躍している身近な場所を探してみよう
最新技術「電界効果トランジスタ」で未来のデバイスを理解しよう

電界効果トランジスタ（FET）とは「電気の壁で流れを操る」部品

電界効果トランジスタは、スマートフォンやパソコンの心臓部であるCPUを構成する最も重要な電子部品の一つです。一般的な電気スイッチが金属同士を接触させて電気を通すのに対し、FETは物理的な接触をせずに電気の流れを制御します。

この部品は、半導体と呼ばれる物質の中に電気の通り道を作り、そこを流れる電子の量を電圧によって調節する仕組みを持っています。

一般的なトランジスタとFETの決定的な違い

従来のバイポーラトランジスタとFETには、電気を制御するための「動力源」に大きな違いがあります。バイポーラ型はベースという端子に微量の電流を流すことで大きな電流を制御しますが、FETはゲートという端子に電圧をかけるだけで制御が可能です。

バイポーラトランジスタ：電流で電流を制御する。常に微量の電気が流れるため、熱が発生しやすい。
FET：電圧で電流を制御する。制御端子に電流がほとんど流れないため、無駄な電力消費が少ない。

この違いにより、FETは回路を動かすためのエネルギーを大幅に節約できるという特徴を持っています。

「電界」をわかりやすく説明すると？

電界とは、電気の力が及んでいる空間を指す言葉です。下敷きを髪の毛に擦り付けて近づけると、直接触れていなくても髪の毛が逆立ちますが、これは下敷きと髪の間に電界が発生しているためです。

FETはこの「離れていても引き寄せたり反発させたりする力」を利用します。半導体の中にプラスやマイナスの電気を帯びた粒子を呼び寄せたり、逆に追い出したりすることで、電気の通り道を遮断したり開通させたりする様子をイメージしてください。

なぜ今のコンピュータはFETが主流なのか

現代のコンピュータにFETが採用されている理由は、圧倒的な「集積性」と「低消費電力」にあります。数ミリ四方のチップに何十億個という部品を詰め込むには、一つ一つの部品が極限まで小さく、かつ熱を出しにくい性質でなければなりません。

特徴	FETが選ばれる理由
サイズ	数ナノメートル単位まで小型化が可能
発熱	動作中の電力ロスが少なく熱暴走しにくい
速度	スイッチの切り替えが非常に高速である

これらの利点があるからこそ、手のひらサイズのスマートフォンで高度なゲームや動画編集が楽しめるようになりました。

結論：FETは「省エネで超小型化が得意」なエリート

電界効果トランジスタを簡潔にまとめると、省エネ性能に優れ、ミクロの単位まで小さく加工できるエリート電子部品と言えます。電気を制御する際に自分自身が電力をほとんど消費しないため、バッテリーで動くモバイル機器には欠かせません。

10年前のコンピュータに比べて性能が飛躍的に向上し、かつバッテリーが長持ちするようになったのは、FETの製造技術が進化し、より小さな面積に多くのFETを詰め込めるようになった成果です。

FETの仕組みを水道のホースでイメージしてみよう

FETの仕組みを理解する上で、水道の蛇口とホースの関係に例えると非常にわかりやすくなります。ソース（入り口）からドレイン（出口）に向かって流れる水の量を、ゲートという調整役がどのようにコントロールしているのかを見ていきましょう。

水の流れを外から押さえて止める「ピンチオフ」の原理

柔らかいゴムホースに水が流れているとき、ホースの外側から指で強く押しつぶすと水の流れは止まります。この「外から圧力をかけて通り道を狭める」動きが、FETにおけるピンチオフの原理に近い状態です。

FETの内部では、ゲートに電圧をかけることで、電子が通れない「空乏層」と呼ばれる領域が広がります。この空乏層がホースを押しつぶす指のような役割を果たし、最終的に電気の通り道を完全に塞ぐことで、電流をオフの状態にします。

電気が通る道「チャネル」はどのように作られる？

半導体内部に形成される電気の通り道をチャネルと呼びます。初期状態では電気が通らないタイプのFETでも、ゲートに特定の電圧をかけると、静電気の力で電子が特定の場所に集まってきます。

電圧なし：電子がバラバラで、通り道（チャネル）が存在しない。
電圧あり：電子が一列に整列し、電気の通り道（チャネル）が完成する。

このように、物理的なスイッチを動かすのではなく、電気的な力によって道そのものを出現させたり消したりできるのがFETの凄さです。

ゲートにかける電圧が「門番」の役割を果たす

ゲートは日本語で「門」を意味しますが、まさに門番のように電気の流れを監視しています。門番が門をどれくらい開けるかによって、通過できる電子の数が決まります。

ゲートに電圧をかけない：門が閉まっており、電気は流れない。
少しだけ電圧をかける：門が少し開き、微弱な電流が流れる。
強い電圧をかける：門が全開になり、大量の電流がスムーズに流れる。

この微細な電圧の調整によって、電気信号の0と1を切り替えたり、音量の大きさを変えたりする処理を行っています。

電流を流さずに電圧だけでコントロールできるメリット

FETの最大の特徴は、コントロール役であるゲートに電流を流し込み続ける必要がない点です。

バイポーラトランジスタの場合は、大きな電流を流すために、制御側にも一定の電流を流し続けなければなりませんでした。これは、ダムの門を開けるために常に人力で押し続けているような状態で、無駄なエネルギーを消費します。

対してFETは、電圧という「圧力」をかけるだけで門の状態を維持できるため、エネルギー消費を最小限に抑えられます。

FETの3つの足の名前と役割を覚えよう

電子工作などで目にするFETには、通常3本の端子（足）がついています。

それぞれの名称は、電気がどのように流れるかを直感的に表しています。各端子の役割を正確に把握することで、複雑な回路図も読み解けるようになります。

電気の出口「ドレイン」と入り口「ソース」

ソースは英語で「源泉」を意味し、電気が湧き出してくる入り口の役割を果たします。一方のドレインは「排水口」を意味し、ソースから入ってきた電気が流れ出していく出口になります。

端子名	役割	イメージ
ソース（Source）	電子の供給源	水道の元栓
ドレイン（Drain）	電子の排出先	シンクの排水溝

電子はソースからドレインに向かって移動しますが、電流の向きは慣習的にドレインからソースへ流れると定義されています。この向きを間違えると部品が正しく動作しないため注意が必要です。

流れをコントロールする司令塔「ゲート」

ゲートはソースとドレインの間にある「門」として機能します。ゲートは他の2つの端子とは絶縁体によって電気的に仕切られているため、ゲートからチャネルへ直接電気が漏れ出すことはありません。

役割：電圧の強弱でチャネルの広さを変える。
性質：電気的に独立しており、入力インピーダンス（電気の通りにくさ）が極めて高い。

この独立した司令塔があるおかげで、前後の回路に悪影響を与えずに、安全かつ正確に信号を処理することが可能になっています。

バイポーラトランジスタ（B、E、C）との呼び方の違い

昔からあるバイポーラトランジスタとFETでは、対応する端子の呼び方が異なります。初心者の方は、以下の対応表を参考にすると理解が深まります。

ゲート（G）＝ベース（B）：制御を行う端子。
ソース（S）＝エミッタ（E）：電気が入ってくる端子。
ドレイン（D）＝コレクター（C）：電気が出ていく端子。

構造や動作の原理は異なりますが、回路内での立ち位置としては非常に似ているため、この対応関係を覚えておくと部品の置き換えなどを考える際に役立ちます。

覚え方のコツ：ゲートはまさに「門」の意味

3つの足の名前を覚えるときは、水の流れを想像するのが一番の近道です。まず「ソース（源）」から水が湧き、それが「ゲート（門）」を通って、「ドレイン（排水口）」へ流れていくという一連のストーリーを作りましょう。

源泉（ソース）から出発。
門（ゲート）の開き具合で量が変わる。
最後は排水口（ドレイン）へ吸い込まれる。

この物理的な水の動きと名前の由来をセットにすれば、試験や実作業の場でも端子の役割を迷わずに思い出すことができます。

現代社会の主役！MOSFET（モスフェット）の凄さ

FETの中でも、現在最も広く普及しているのがMOSFETです。この部品は、金属、酸化物、半導体の3層構造で作られており、非常に効率的な動作を実現しています。

パソコンや家電製品、自動車に至るまで、私たちの生活を支える電子機器のほとんどにこのMOSFETが組み込まれています。

MOSFETという名前を分解して理解しよう

MOSFETという名称は、その構造を表す英単語の頭文字を取ったものです。それぞれの文字がどのような素材を指しているのかを理解すると、その仕組みが見えてきます。

M（Metal）：金属。ゲート端子に使われる導電体です。
O（Oxide）：酸化物。電気を通さない薄い膜（絶縁体）です。
S（Semiconductor）：半導体。シリコンなどの土台となる材料です。

金属のゲートと半導体の間に、非常に薄い酸化物の膜を挟むことで、ゲートに流れる電気を完全に遮断しながら、電界の力だけを半導体に伝える特殊な構造になっています。

CPUの中に何十億個も詰め込める秘密は「小ささ」

MOSFETがCPUの主役に選ばれた最大の理由は、加工のしやすさと極小サイズにあります。現在の最先端技術では、一つのFETの大きさはウイルスよりも小さく、数ナノメートルという単位まで縮小されています。

比較対象	サイズ感
髪の毛の太さ	約0.08ミリメートル
最新のMOSFET	髪の毛の太さの数万分の一

この極限の小ささによって、爪の先ほどのチップの中に、驚異的な計算能力を詰め込むことが可能になりました。

ほとんど熱を出さない！省エネ性能がスマホを支える

スマートフォンを長時間使用しても、昔の電熱器のように熱くならないのはMOSFETのおかげです。MOSFETはスイッチを切り替える瞬間以外は電力をほとんど消費しません。

待機中：絶縁膜があるため、漏れ出す電気が極めて少ない。
動作中：抵抗が非常に低い状態で電気を流せる。

この省エネ特性により、限られたバッテリー容量でも長時間動作が可能になり、かつ本体の温度上昇を抑えて故障のリスクを低減しています。

静電気には要注意？FETの弱点と取り扱い

無敵に見えるFETにも弱点があります。それは、ゲート部分を保護している酸化膜が非常に薄いため、静電気による高い電圧に弱いという点です。

冬場の乾燥した指で端子に触れる。
数千ボルトの静電気がゲートに加わる。
薄い絶縁膜が突き破られ、部品が内部で破壊される。

電子工作でFETを扱う際は、リストバンドで静電気を逃がしたり、端子に触れる前に金属に触れて放電したりするなどの対策が推奨されます。

FETが活躍している身近な場所を探してみよう

FETは目に見えないほど小さいものから、大きな電力を扱うものまで多種多様です。私たちの生活の中で、FETがどのような役割を担っているのか、具体的な使用例を見ていきましょう。

スマホの頭脳「プロセッサ」の中はFETだらけ

スマートフォンの中心にあるプロセッサ（SoC）は、膨大な数のMOSFETの集合体です。動画を見たりSNSをチェックしたりするたびに、これら何十億個のFETが1秒間に何十億回という速さでオンとオフを繰り返しています。

この高速なスイッチングによって、複雑な計算や通信処理が瞬時に行われています。FETの性能向上が、そのままスマートフォンの進化の歴史であると言っても過言ではありません。

メモリ（SSDやUSBメモリ）でデータを保存する仕組み

写真や書類を保存するSSDやUSBメモリの中にも、FETの技術が応用されています。「フラッシュメモリ」と呼ばれるこれらの保存装置は、FETのゲート部分に特殊な「電気を貯める部屋」を作った構造をしています。

書き込み：ゲートに電気を閉じ込め、スイッチの状態を固定する。
読み出し：閉じ込められた電気の有無を確認して0か1を判断する。

電源を切ってもこの電気の部屋は維持されるため、半永久的にデータを保持することができます。

電気自動車（EV）を動かすパワー半導体としてのFET

FETはミクロな計算だけでなく、電気自動車のモーターを回すような大きな電力の制御にも使われます。これを「パワーFET」と呼びます。

用途	パワーFETの役割
速度調整	バッテリーからモーターに流す電気を高速にオンオフして制御する。
充電管理	外部からの電気を効率よくバッテリーへ送り込む。

熱を出しにくいFETの特性は、大電流を扱うEVにおいて、航続距離を伸ばすための非常に重要な鍵となっています。

電子工作でモーターを動かすときに使われる理由

電子工作を楽しむ際、マイコン（Arduinoなど）の弱い信号でモーターや明るいLEDを動かしたいとき、FETは欠かせない存在です。

信号の橋渡し：マイコンが出す小さな電圧をゲートで受け取る。
パワフルな駆動：ソースとドレインの間に接続した大きな電源を操作する。

自分自身はほとんど電気を食わずに、外部の大きなエネルギーを指先一つで操るような感覚で制御できるため、初心者にとっても扱いやすく便利な部品です。