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  5. システムLSI(CMOS) 原理

原理

コンピュータの中は「1」と「0」のデータしかありません。その「1」と「0」を作り出すのがCMOSトランジスタです。トランジスタには、P型トランジスタ(PMOS)とN型トランジスタ(NMOS)があり、この2つのトランジスタを組み合わせて使うのがCMOSトランジスタです。

CMOSの最も単純なインバータ回路を例にあげて、原理を説明しましょう

トランジスタの基本構造です。
(ソース電極とドレイン電極の間を電流が流れます。途中、ゲート電極で電流の流れをON、OFFします。)



<入力が0ボルトの場合、1ボルトを出力>
入力が0ボルトの場合、P型トランジスタ(PMOS)のゲート電極スイッチのみがONになり、P型トランジスタのソース電極につながる電源1ボルトが出力されます。

<入力が1ボルトの場合、0ボルトを出力>
入力が1ボルトの場合は、N型トランジスタ(NMOS)のゲート電極スイッチのみがONになり、N型トランジスタのソース電極につながる電源0ボルトが出力されます。

P型トランジスタとN型トランジスタの違い

トランジスタのP型、N型にかかわらず、ゲート電極に電圧がかかっていない状態では、ソース電極とドレイン電極の間に電流は流れません。

・P型トランジスタ

N型のシリコン基板にP型のソース・ドレイン電極と金属(多結晶シリコン)ゲート電極を付けたものです。ゲートにマイナスの電圧を加えると、ソースとドレイン電極間に電流が流れ始めます。ソース電極からドレイン電極へ移動するのはホール(正孔)です。



・N型トランジスタ

P型のシリコン基板にN型のソース・ドレイン電極と金属(多結晶シリコン)ゲート電極を付けたものです。ゲートにプラスの電圧を加えると、ソースとドレイン電極間に電流が流れ始めます。ソース電極からドレイン電極へ移動するのは電子です。



P型とは電流をホール(正孔)が運ぶという意味でPositiveのPを使い、N型とは電流を電子が運ぶのでNegativeのNを使ってあらわしています。