| 1.物質の構造 1 |
| 1.1 結晶系 1 |
| 1.1.1 結晶と非晶質 1 |
| 1.1.2 結晶系における対称操作 2 |
| 1.1.3 七晶系 5 |
| 1.1.4 晶族 6 |
| 1.2 空間格子 7 |
| 1.2.1 周期構造と空間格子 7 |
| 1.2.2 空間格子の幾何学 8 |
| 1.2.3 プラベ格子 11 |
| 1.2.4 逆格子 13 |
| 1.2.5 空間群と実際の結晶 15 |
| 1.3 結晶構造 16 |
| 1.3.1 共有結合とイオン結合 16 |
| 1.3.2 最密充?構造 21 |
| 1.4 格子欠陥 24 |
| 1.4.1 結晶欠陥 24 |
| 1.4.2 点欠陥 25 |
| 1.4.3 不純物原子 26 |
| 1.4.4 転位 28 |
| 1.4.5 結晶粒界,双晶 31 |
| 1.4.6 結晶表面 31 |
| 1.5 X線回折とプラッグの法則 33 |
| 1.5.1 プラッグの法則 33 |
| 1.5.2 逆格子と回折 35 |
| 1.5.3 X線回折法 37 |
| 2.格子振動 40 |
| 2.1 格子の振動 40 |
| 2.2 同種原子からなる1次元格子 41 |
| 2.3 質量が異なる2種類の原子からなる1次元格子 46 |
| 2.4 実際の結晶における格子振動 49 |
| 2.5 格子振動の量子化 51 |
| 2.6 格子振動と比熱,熱伝導 51 |
| 2.6.1 比熱 51 |
| 2.6.2 熱伝導 54 |
| 3 電気伝導の基礎 57 |
| 3.1 金属の電気伝導 57 |
| 3.2 伝導電子の散乱 59 |
| 3.3 平均自由行程 61 |
| 3.4 散乱機構 62 |
| 4.固体のバンド理論I 66 |
| 4.1 固体のバンド理論の定性的な説明 66 |
| 4.1.1 孤立原子と固体 66 |
| 4.1.2 バンドと電気伝導の関係 70 |
| 4.2 量子論の基礎 72 |
| 4.2.1 粒子と波動 72 |
| 4.2.2 基本方程式 74 |
| 4.2.3 固体内のポテンシャル 76 |
| 4.3 深いポテンシャルの井戸に閉じ込められた電子 78 |
| 4.4 深いポテンシャルの井戸と金属内の自由電子 81 |
| 4.5 状態密度 85 |
| 4.6 トンネル効果 86 |
| 4.7 クローニヒーペニーモデル 88 |
| 4.7.1 自由電子のE-kの関係 88 |
| 4.7.2 周期ポテンシャル内の電子のE-kの関係 89 |
| 4.7.3 許容帯 95 |
| 4.8 有効質量,群速度 99 |
| 4.9 正孔 103 |
| 4.10 金属と半導体,絶縁体のバンド構造 105 |
| 5.固体のバンド理論II 107 |
| 5.1 バンド構造の解析法 107 |
| 5.2 逆格子とブリルアン領域 108 |
| 5.3 束縛電子近似モデル 109 |
| 5.3.1 バンド構造の解析法 109 |
| 5.3.2 単純立方格子のバンド構造 112 |
| 5.4 半導体のバンド構造 115 |
| 5.4.1 Ge,Siのバンド構造 116 |
| 5.4.2 GaAsのバンド構造 120 |
| 5.4.3 遷移形,禁制帯幅 121 |
| 5.4.4 有効質量の測定 122 |
| 6.半導体の電気物性 125 |
| 6.1 分布則 125 |
| 6.2 真性半導体のキャリア濃度 128 |
| 6.3 不純物ドーピング 132 |
| 6.3.1 n形半導体 132 |
| 6.3.2 p形半導体 135 |
| 6.3.3 化合物半導体への不純物ドーピング 136 |
| 6.3.4 ドナーとアクセプタを同時にドーピングした半導体 136 |
| 6.4 p形,n形半導体のキャリア濃度 137 |
| 6.5 pn積 142 |
| 6.6 導電率と移動度 142 |
| 6.6.1 導電率 142 |
| 6.6.2 移動度 143 |
| 6.6.3 不純物濃度と導電率 145 |
| 6.7 ホール効果 146 |
| 7.半導体の電気伝導機構 149 |
| 7.1 ドリフト電流と拡散電流 149 |
| 7.1.1 熱運動 149 |
| 7.1.2 ドリフト電流と拡散電流 150 |
| 7.1.3 アインシュタインの関係 151 |
| 7.2 高電界での多数キャリアの振る舞い 152 |
| 7.2.1 速度飽和 153 |
| 7.2.2 微分負性抵抗 154 |
| 7.3 多数キャリア注入と少数キャリア注入 155 |
| 7.3.1 キャリアの注入 155 |
| 7.3.2 少数キャリアの寿命 157 |
| 7.3.3 非熱平衡状態のキャリア濃度の表し方 158 |
| 7.4 キャリアの再結合過程 159 |
| 7.4.1 直接再結合 160 |
| 7.4.2 再結合中心 160 |
| 7.4.3 表面再結合 161 |
| 7.5 少数キャリア連続の方程式 162 |
| 7.5.1 単純化されたモデル 162 |
| 7.5.2 詳細なモデル 164 |
| 7.6 連続の方程式の応用例 165 |
| 8.接合の物理と物性 169 |
| 8.1 pn接合 169 |
| 8.1.1 エネルギー準位図 169 |
| 8.1.2 ポテンシャル分布 173 |
| 8.1.3 理想的な電流-電圧特性 177 |
| 8.1.4 実際の電流-電圧特性 181 |
| 8.1.5 逆方向降伏特性 182 |
| 8.1.6 接合容量 187 |
| 8.2 トンネルダイオードの物理 188 |
| 8.3 金属-半導体接触 189 |
| 8.3.1 エネルギー準位図 189 |
| 8.3.2 オーミック接触と整流性 191 |
| 8.3.3 エミッション電流 193 |
| 8.3.4 理想状態からのずれ 196 |
| 8.4 ヘテロ接合 198 |
| 9.トランジスタ動作とキャリアの挙動 202 |
| 9.1 トランジスタの発明と増幅作用 202 |
| 9.1.1 歴史的背景 202 |
| 9.1.2 増幅機構の分類 204 |
| 9.2 バイポーラトランジスタ 205 |
| 9.2.1 基本構造と動作 205 |
| 9.2.2 トランジスタの増幅原理 206 |
| 9.2.3 注入効率と輸送効率 209 |
| 9.2.4 注入レベルと増幅特性 212 |
| 9.2.5 アーリー効果と降伏現象 214 |
| 9.2.6 走行時間と周波数特性 216 |
| 9.3 電界効果トランジスタ 218 |
| 9.3.1 金属/絶縁体/半導体接合 218 |
| 9.3.2 MOSトランジスタ 221 |
| 9.3.3 各種の電界効果トランジスタ 225 |
| 10.光学特性,熱電物性 226 |
| 10.1 光の吸収と反射 226 |
| 10.2 吸収係数 228 |
| 10.2.1 基礎吸収 228 |
| 10.2.2 励起子による吸収 233 |
| 10.2.3 自由キャリアによる吸収 235 |
| 10.3 光導電効果 235 |
| 10.4 光起電力効果 237 |
| 10.4.1 短絡電流,開放電圧 237 |
| 10.4.2 光電流 239 |
| 10.4.3 太陽電池の発電原理 242 |
| 10.5 半導体の発光遷移 243 |
| 10.5.1 発光過程 243 |
| 10.5.2 自然放出と誘導放出 246 |
| 10.5.3 半導体レーザ 248 |
| 10.6 熱電効果 250 |
| 10.6.1 ゼーベック効果 250 |
| 10.6.2 ペルチェ効果 252 |
| 10.6.3 熱発電と電子冷凍 253 |
| 参考文献 256 |
| 演習問題解答 257 |
| 付表 267 |
| 索引 271 |
