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最終更新 2026-10-28

MIS構造とは(金属・絶縁膜・半導体)

MIS Structure (Metal-Insulator-Semiconductor)

MIS構造とは、金属・絶縁膜・半導体の3つの層を重ねた構造で、ゲートの電圧で半導体の表面のキャリアを制御する電界効果トランジスタの基本です。絶縁膜が酸化膜のものがMOS構造です。電圧によって蓄積・空乏・反転の状態になり、反転層がMOSFETのチャネルになります。C-V測定で評価します。

目次5項目
  1. 定義・解説
  2. 図解
  3. よくある質問
  4. 関連用語
  5. 比較・違いを学ぶ

定義・解説

MIS構造とは、金属(Metal)、絶縁膜(Insulator)、半導体(Semiconductor)の3つの層を重ねた構造で、ゲートに電圧をかけて半導体の表面のキャリアを制御する、電界効果トランジスタの心臓部です。絶縁膜にシリコン酸化膜(Oxide)を使ったものが、最もよく知られたMOS構造で、MOS構造はMIS構造の一種です。

ゲートの金属に電圧をかけると、絶縁膜を挟んで半導体の表面に反対の電荷が集まります。p型の半導体なら、負の電圧で正孔が集まる蓄積、少し正の電圧で正孔が追い払われる空乏、さらに正の電圧で電子が表面に集まる反転の3つの状態になります。反転して表面にできた電子の層がMOSFETのチャネルで、このときのゲート電圧がしきい値電圧です。

MIS構造は、絶縁膜の材料を変えても成り立つため、High-k膜を使った現在のロジックのトランジスタや、窒化シリコンなどを使うGaNのMIS-HEMT、SiCのパワーMOSFETなどにも同じ考え方が使われます。MIS構造に電圧をかけながら容量を測るC-V測定で、絶縁膜の厚さ、界面の欠陥の量、半導体の不純物の濃度を評価できます。

図解

金属のゲート電極、絶縁膜、半導体の表面、半導体の基板を重ねたMIS構造の断面

図をタップで2倍に拡大

反転の状態の表面の電子の層がMOSFETのチャネルになる。

よくある質問(FAQ)

MIS構造とMOS構造の違いは何ですか?
MOS構造は、絶縁膜にシリコン酸化膜(SiO2)を使ったMIS構造のことです。MIS構造は、窒化シリコンやHigh-k膜など、酸化膜以外の絶縁膜を使う場合も含めた、より広い呼び方です。現在の先端のトランジスタはHigh-k膜を使っていますが、習慣的にMOSFETと呼ばれています。
MIS構造の3つの状態とは何ですか?
p型の半導体の場合、ゲートに負の電圧をかけると正孔が表面に集まる蓄積、少し正の電圧で正孔が追い払われる空乏、さらに正の電圧で電子が表面に集まる反転の3つです。反転の状態で表面にできた電子の層が、トランジスタの電流の通り道になります。

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