
電界効果トランジスタ(FET)において、デプレッションモードとエンハンスメントモードは、ゲート・ソース間電圧がゼロのときにトランジスタがオン状態かオフ状態かに対応する、2つの主要なトランジスタタイプである。
エンハンスメントモードMOSFET(金属酸化膜半導体FET)は、ほとんどの集積回路で一般的に使用されるスイッチング素子です。これらのデバイスは、ゲート・ソース間電圧がゼロのときにオフ状態になります。NMOSはゲート電圧をソース電圧より高くすることでオンにでき、PMOSはゲート電圧をソース電圧より低くすることでオンにできます。ほとんどの回路では、エンハンスメントモードMOSFETのゲート電圧をドレイン電圧に近づけると、p型MOSFETはエンハンスメント状態になり、n型MOSFETはデプレッション状態になります。
空乏型MOSFETでは、ゲート・ソース間電圧がゼロのときにデバイスは通常オン状態になります。このようなデバイスは、論理回路(例えば、空乏負荷NMOS論理回路)において負荷抵抗として使用されます。N型空乏負荷デバイスの場合、しきい値電圧は約-3Vである ため、ゲートを3V負にすることでオフにすることができます (NMOSでは、ドレインはソースよりも正の電圧になります)。PMOSでは、極性が逆になります。
モードは、しきい値電圧(チャネル内に反転層が形成される時点でのソース電圧に対するゲート電圧)の符号によって決定できます。N型FETの場合、エンハンスメントモードデバイスは正のしきい値を持ち、デプレッションモードデバイスは負のしきい値を持ちます。P型FETの場合、エンハンスメントモードは負のしきい値を持ち、デプレッションモードは正のしきい値を持ちます。
接合型電界効果トランジスタ(JFET)は空乏型であり、ゲート電圧をソース電圧からドレイン電圧方向に少しでも近づけると、ゲート接合部が順方向バイアスとなる。このようなデバイスは、酸化物絶縁体を作るのが難しいガリウムヒ素やゲルマニウムのチップに用いられる。
本稿で「デプレッションモード」および「エンハンスメントモード」と説明するデバイスタイプについて、「デプレッションタイプ」および「エンハンスメントタイプ」と表記する情報源もあり、ゲート・ソース間電圧がゼロと異なる方向を「モード」と呼んでいます。[ 1 ] ゲート電圧をドレイン電圧に近づけるとチャネルの伝導が「強化」されるため、これは動作のエンハンスメントモードを定義します。一方、ゲートをドレインから遠ざけるとチャネルが空乏化されるため、これはデプレッションモードを定義します。
枯渇負荷NMOSロジックとは、1970年代後半にシリコンVLSIで主流となったロジックファミリを指します。このプロセスは、エンハンスメントモードトランジスタと枯渇モードトランジスタの両方をサポートしており、典型的なロジック回路では、プルダウンスイッチとしてエンハンスメントモードデバイスを、負荷またはプルアップとして枯渇モードデバイスを使用していました。枯渇モードトランジスタをサポートしていない古いプロセスで構築されたロジックファミリは、エンハンスメントモードトランジスタが通常ゲートでVDD電源に接続され、飽和領域で動作していたため、後からエンハンスメント負荷ロジックまたは飽和負荷ロジックと呼ばれていました(電力遅延積(PDP)を改善するために、ゲートをより高いVGG電圧にバイアスして線形領域で動作させる場合もありますが、その場合、負荷の面積が大きくなります)。[ 2 ]あるいは、枯渇モードトランジスタが利用できないプロセスでは 、静的ロジックゲートの代わりに、4相ロジックなどの動的ロジックが使用されることもありました。
例えば、1971年のIntel 4004はエンハンスメントロード型シリコンゲートPMOSロジックを採用し、1976年のZilog Z80はデプレッションロード型シリコンゲートNMOSを採用していた。
MOSFET ロジックゲートの最初の 2 種類である PMOS と NMOS は、1957 年にベル研究所で Frosch と Derick によって開発されました。[ 3 ] 1963 年に、 RCA 研究所 の Steven Hofstein と Fred Heimanによって、デプレッション モードとエンハンスメント モードの両方の MOSFET が記述されました。[ 4 ] 1966 年に、Westinghouse Electricの T. P. Brody と H. E. Kunig によって、エンハンスメント モードとデプレッション モードのインジウム ヒ素(InAs) MOS薄膜トランジスタ(TFT) が製造されました。[ 5 ] [ 6 ] 2022 年に、デプレッション モードとエンハンスメント モードの両方で動作する最初のデュアル モード有機トランジスタが、カリフォルニア大学サンタバーバラ校のチームによって報告されました。[ 7 ]