ご覧いただきありがとうございます。ここでは、バイポーラとユニポーラという考え方で、半導体の電気の流し方をざっくりイメージしていきたいと思います。バイは2つ、ユニは1つという意味です。ポーラは極という意味ですがここでは電気を運ぶ役割（キャリア）と考えます。これまでの記事の中でいくつかの半導体の回路記号と電気の流し方を見てきましたが、キャリアが2種類か1種類かという観点で分類してみたいと思います。
まずキャリアとして考えられるのはマイナスの電気をもった電子で、金属や半導体のなかにあって動けるものというイメージです。電子が移動することで電気が流れると考えられます。一方、電子が抜けた部分はプラスの電気を持ったキャリアと考え、正孔と呼ばれています。これら2種類のキャリア、電子と正孔の考え方で、まずはダイオードの構造を見ていきたいと思います。
ダイオード：pn接合とショットキー接合
まずはダイオードについて考えてみます。左側がpn接合ですが、一般整流ダイオードの他、ファストリカバリーダイオードやツェナーダイオードもこの構造になります。一方右側はショットキー接合で、詳しくはショットキーバリアダイオードの記事でご説明しています。
P型半導体では正孔がキャリアとして存在しており、N型半導体では電子がキャリアとして存在しています。これらを接合したpn接合付近では、電子と正孔が結合して消滅し、電子も正孔もない空乏層が形成されます。一方ショットキー接合の場合は、N型半導体内の電子が金属側に移動し、接合付近はやはり電子がない空乏層が形成されます。次に、これらに順方向に電圧をかけた（＝電界を生じさせた）場合を考えます。
pn接合では、順方向電圧のためN型、P型ともキャリアが接合部分に押しやられ空乏層が消失します。接合部分では正孔と電子が再結合し、N型半導体には電池から電子が入ってくる流れができ、電流が流れることになります。一方ショットキー接合でも電子が接合部分に押しやられ空乏層が消失し、電子の流れができます。なお、電流の向きとしては、電子の流れの逆ということになります。
pn接合では、電気の流れを作るために電子と正孔の2種類のキャリアが関わっています。これをバイポーラというのかはよくわからないのですが。。。一方、ショットキー接合では電気の流れに関わるのは電子だけで、ユニポーラといえそうです。
トランジスタ：バイポーラトランジスタとMOSFET
次にトランジスタについて考えてみます。バイポーラトランジスタとMOSFETの回路記号と動きについては、それぞれ以前記事を作成いたしましたので、よろしければご覧いただければと思います。それぞれ図のような構造になっていて、ダイオードと同じようにpn接合部分には空乏層が形成されています。これらについて、トランジスタをON状態にした場合を考えてみます。
バイポーラトランジスタでは、エミッタ側のN型半導体内の電子が接合付近に押しやられ、一部の電子はP型半導体内の正孔と再結合して消滅します。しかし、ほとんどの電子はP型半導体を通過し、コレクタ側のN型半導体へ移動します。これは、P型半導体は非常に薄く形成されているためです。その結果電子の流れができて、電流が流れることになります。
一方NチャネルMOSFETでは、ゲートに電圧をかけることでP型半導体内の正孔が奥（この図だと下側）に押しやられ、絶縁膜付近で部分的に電子が流入してN型半導体と同じ状態が形成されます（＝チャネルが形成される）。こうなると、ソース ドレイン間が全てN型半導体となって電子が移動できるようになり、その結果電流が流れることになります。
バイポーラトランジスタは、電子と正孔の両方が関わっているので、文字通りバイポーラといえます。ベースからの電流が大きいほどエミッタ コレクタ間を通過する電流も大きくなるので、バイポーラトランジスタは電流で制御されている、と考えることもできます。一方MOSFETは、電気の流れに関わっているのは電子だけなので、ユニポーラといえます。ゲートにかける電圧がある程度高ければチャネルを形成することができますが、絶縁膜で仕切られているため、ゲートから電流が流入することはありません。なので、MOSFETは電圧で制御されている、と考えることができます。
まとめ
半導体が電気を流すときの仕組みとしてキャリア（正孔と電子）の動きに着目し、バイポーラかユニポーラかという観点で、ダイオードやトランジスタを分類してざっくりと考察してみました。トランジスタについては、バイポーラトランジスタは２つのキャリア（バイポーラ）で電流によって制御される、一方MOSFETは１つのキャリア（ユニポーラ）で電圧によって制御されます。これらの違いをしっかり把握して、電子回路の設計をしていきたいですね。
