NMOSFETとPMOSFETとは：CMOSの基礎となるトランジスタ

2026年4月26日 2026年4月26日

semi-journal

これまで、コンピューターが情報を全て「0と1」の2進数に置き換え、トランジスタのON/OFFを1/0に対応させることで、計算していることを学びました。

現代、主流のトランジスタであるMOSFETには、NMOSFETとPMOSFETの2種類があります。現代の最新プロセッサは、この「性質の異なる2つのスイッチ」を巧みに使い分けることで、驚異的な処理能力と低消費電力を両立させています。

まずは、基本となるNMOSFETとPMOSFETについて学びましょう。

NMOSFETとPMOSFET

論理回路の基本であるMOSFETは、その構造によってNMOSFET（Nチャネル型）とPMOSFET（Pチャネル型）の2種類を作り分けることができます。

現代のコンピューターでは、この「性質が真逆な2種類のスイッチ」を巧みに使い分けることで、圧倒的な低消費電力を実現しています。まずはそれぞれの特徴を見ていきましょう。

NMOSFET（N-channel MOSFET）とは、ゲートに「正の電圧」を印加したときに電流が流れるトランジスタのことです。

NMOSFETは、P型基板の中にN型の領域（ソース・ドレイン）が作られた構造をしています。ゲートに正の電圧をかけると、電子（マイナスの粒）が引き寄せられて「N型の道（反転層）」ができ、電流が流れます。

つまり、「ゲートの電圧が1（ON）のとき、スイッチも1（ON）になる」という、直感的に分かりやすい動作をします。

PMOSFET（P-channel MOSFET）とは、ゲートに「負（マイナス）の電圧」を印加したときに電流が流れるトランジスタのことです。

PMOSFETは、N型基板の中にP型の領域（ソース・ドレイン）が作られた構造をしています。ゲートに負の電圧をかけると、正孔（プラスの粒）が引き寄せられて「P型の道（反転層）」ができ、電流が流れる仕組みです。

なお、実際のデジタル回路では、ソース（S）を電源電圧（VDD）に接続して使用します。そのため、ゲートに0V（Low信号）を入力すると、電源電圧に対して相対的に「負の電圧」がかかった状態になり、スイッチがONになります。

つまり、NMOSとは反対に「ゲートの電圧が0（Low）のとき、スイッチが1（ON）になる」という、あべこべな動作をするのが大きな特徴です。

現代の最新プロセッサでは、今回紹介したNMOSFETとPMOSFETを組み合わせた「CMOS（相補型MOS）」が基本構造になっています。

「正反対の性質」を持つ2つを組み合わせることで、0を1に変換するインバーターなど、複雑な計算や処理が極めて低い消費電力で実現できるのです。

次回は、このNMOSとPMOSがペアを組んで動く具体的な仕組み「CMOSインバーター」について詳しく学んでいきましょう。