| 1.半導体の基礎 |
| 1.1 結晶とエネルギー帯域構造 1 |
| 1.1.1 結晶と非晶質 1 |
| 1.1.2 結晶構造 2 |
| 1.1.3 半導体結晶のエネルギー帯構造 3 |
| 1.1.4 半導体材料の多様性 7 |
| 1.2 キャリヤ密度 8 |
| 1.2.1 2種類のキャリヤと有効質量 8 |
| 1.2.2 真性半導体と外因性半導体 10 |
| 1.2.3 キャリヤ密度とフェルミ準位 11 |
| 1.3 半導体中の電気伝導 17 |
| 1.3.1 ドリフト現象 17 |
| 1.3.2 拡散現象 19 |
| 1.3.3 電流の式 20 |
| 1.3.4 キャリヤの熱的発生と再結合 21 |
| 1.3.5 電流連続の式 26 |
| 演習問題 28 |
| 2.接合と障壁 |
| 2.1 pn接合と整流特性 30 |
| 2.1.1 pn接合の重要性 30 |
| 2.1.2 階段接合の整流作用 31 |
| 2.2 空間電荷層の特性 34 |
| 2.2.1 階段接合の場合 34 |
| 2.2.2 傾斜形pn接合 37 |
| 2.3 理想pn接合の静的電圧・電流特性 39 |
| 2.3.1 解析の仮定 39 |
| 2.3.2 過剩キャリヤ密度 40 |
| 2.3.3 中性領域を流れる電流 41 |
| 2.4 金属-半導体接触の電気伝導 45 |
| 2.4.1 理想整流接触 45 |
| 2.4.2 理想金属-半導体整流接触の電圧電流特性 47 |
| 2.4.3 金属-半導体オーミック接触 49 |
| 演習問題 50 |
| 3.半導体デバイスの製作法 |
| 3.1 半導体の精製 52 |
| 3.2 結晶成長 53 |
| 3.2.1 バルク結晶成長 53 |
| 3.2.2 エピタキシアル成長 54 |
| 3.3 不純物導入法 55 |
| 3.3.1 結晶成長過程の不純物導入法とpn接合形成 55 |
| 3.3.2 熱拡散法 56 |
| 3.3.3 イオン打込み法 57 |
| 3.4 プレーナ技術 59 |
| 3.4.1 酸化膜の形成 59 |
| 3.4.2 ホトリングラフィと化学エッチング 60 |
| 3.4.3 電極付着 61 |
| 3.4.4 プレーナダイオードの製作 62 |
| 演習問題 63 |
| 4.半導体ダイオードとその実際 |
| 4.1 pnダイオードの直流特性の実際 64 |
| 4.1.1 キャリヤの発生と再結合効果 65 |
| 4.1.2 降伏現象 67 |
| 4.1.3 直列抵抗効果 71 |
| 4.1.4 高水準注入効果 72 |
| 4.2 薄いベース層を有するpn接合ダイオードの直流特性 73 |
| 4.2.1 npp+形ダイオードの電流・電圧特性 74 |
| 4.2.2 キャリヤのベース走行時間 75 |
| 4.3 pn接合ダイオードの動特性 77 |
| 4.3.1 少数キャリヤ蓄積効果 77 |
| 4.3.2 拡散容量と接合容量 77 |
| 4.3.3 スイッチング特性の過渡特性 78 |
| 4.4 半導体ダイオードの回路モデル 80 |
| 4.4.1 微小信号モデル 80 |
| 4.4.2 大信号直流モデル 81 |
| 4.5 半導体ダイオードの応用 82 |
| 4.5.1 整流ダイオード 82 |
| 4.5.2 検波ダイオード 84 |
| 4.5.3 スイッチングダイオード 86 |
| 4.5.4 ステップレカバリダイオード 88 |
| 4.5.5 pinダイオード 88 |
| 4.5.6 可変容量ダイオード 88 |
| 4.5.7 定電圧ダイオード 89 |
| 演習問題 90 |
| 5.トランジスタ構造とその増幅作用 |
| 5.1 増幅用デバイスの分類 91 |
| 5.2 動作原理 92 |
| 5.2.1 ベース接地トランジスタの増幅作用 92 |
| 5.2.2 エミッタ接地トランジスタの増幅作用 95 |
| 5.2.3 電流駆動形増幅デバイス 97 |
| 5.3 電流伝送率 98 |
| 5.3.1 注入効率 99 |
| 5.3.2 輸送効率 100 |
| 5.3.3 コレクタ効率 101 |
| 5.3.4 電流伝送率αとドーピング分布 101 |
| 5.4 バイポーラトランジスタの小信号等価回路 102 |
| 5.4.1 ベース接地T形等価回路 103 |
| 5.4.2 エミッタ接地T形等価回路 103 |
| 5.4.3 コレクタ接地T形等価回路 104 |
| 5.4.4 トランジスタ応用の多様性 105 |
| 5.5 四端子パラメータ 106 |
| 演習問題 109 |
| 6.バイポーラトランズスタの動作の実際 |
| 6.1 高周波動作 111 |
| 6.1.1 電流伝送率の遮断周波数 111 |
| 6.1.2 高周波等価回路 113 |
| 6.1.2 エミッタ接地回路の利得帯域幅積 115 |
| 6.2 トランジスタの雑音特性 118 |
| 6.2.1 雑音に関する基礎事項 118 |
| 6.2.2 トランジスタの雑音 119 |
| 6.3 トランジスタに見られる諸効果 120 |
| 6.3.1 ドリフト効果 120 |
| 6.3.2 電流増幅率のエミッタ電流依存性とキャリヤ再結合効果 121 |
| 6.3.3 電子雪崩効果 122 |
| 6.3.4 アーリー効果 122 |
| 6.3.5 残留抵抗効果 123 |
| 6.3.6 カーク効果 123 |
| 6.3.7 電流集中効果 123 |
| 6.4 スイッチング動作 124 |
| 6.4.1 スイッチングの基本回路 124 |
| 6.4.2 トランジスタの動作状態 125 |
| 6.4.3 スイッチング速度 126 |
| 6.5 各種トランジスタの実際と応用 128 |
| 6.5.1 バイポーラトランジスタ増幅回路とバイアス回路 128 |
| 6.5.2 大電力トランジスタ 130 |
| 6.5.3 マイクロ波用トランジスタ 133 |
| 6.5.4 スイッチングトランジスタ 134 |
| 6.6 モノリシックバイポーラトランジスタ集積回路 135 |
| 6.6.1 集積回路の特徴 135 |
| 6.6.2 IC構成法 136 |
| 6.6.3 バイポーラICの実例 137 |
| 演習問題 138 |
| 7.金属・絶縁物・半導体構造とその増幅作用 |
| 7.1 増幅作用の物理的意味 140 |
| 7.2 理想MIS構造の性質 142 |
| 7.2.1 理想MIS構造の基本特性 143 |
| 7.2.2 誘導電荷密度のゲート電圧依存性 147 |
| 7.3 しきい電圧に与えるその他の諸効果 149 |
| 7.3.1 仕事関数差 149 |
| 7.3.2 絶縁膜の電荷 150 |
| 7.3.3 界面準位密度 151 |
| 7.4 MISトランジスタの基本特性 153 |
| 7.4.1 線形領域の動作 153 |
| 7.4.2 ピンチオフ領域の動作 155 |
| 7.4.3 エンハンスメント形およびデプレション形FET 156 |
| 7.4.4 nチャネルとpチャネル形FET 157 |
| 演習問題 158 |
| 8.電界効果トランジスタと関連デバイス |
| 8.1 MIS FETの動特性 160 |
| 8.1.1 動的モデルと徴小信号等価回路 160 |
| 8.1.2 利得帯域幅積 162 |
| 8.2 MIS FET における諸効果 164 |
| 8.2.1 基板バイアス効果 164 |
| 8.2.2 チャネル長変調効果 165 |
| 8.2.3 突抜けと電子雪崩降伏効果 165 |
| 8.2.4 二次元キャリヤドリフト効果と強電界効果 166 |
| 8.2.5 ソース残留抵抗効果 166 |
| 8.3 MIS FETの実際と応用 167 |
| 8.3.1 MOS FETの小信号パラメータ 167 |
| 8.3.2 交流増幅回路 168 |
| 8.3.3 大電力MIS FET増幅回路 169 |
| 8.3.4 ディジタル回路 169 |
| 8.3.5 スイッチング回路 170 |
| 8.4 MOS集積回路(IC) 171 |
| 8.4.1 MOSインバータ 171 |
| 8.4.2 MOSメモリ 173 |
| 8.4.3 電荷転送デバイス(CTD) 175 |
| 8.5 接合およびショットキー障壁FET 177 |
| 8.5.1 pn接合FET 177 |
| 8.5.2 ショットキー障壁(SB)FET 180 |
| 8.6 静電誘導形トランジスタ(SIT) 181 |
| 8.6.1 原理と構造 182 |
| 8.6.2 SITの応用と実祭 185 |
| 演習問題 186 |
| 9.能動二端子デバイス |
| 9.1 負性抵抗と不安定性 188 |
| 9.2 サイリスタ 189 |
| 9.2.1 ショックレーダイオード 189 |
| 9.2.2 SCRにおけるトリガ機構 191 |
| 9.2.3 SCRの応用 192 |
| 9.2.4 サイリスタの実際と変種 194 |
| 9.3 ユニジャンクショントランジスタ 197 |
| 9.3.1 UJTの構造と原理 197 |
| 9.3.2 UJTの応用 198 |
| 9.4 マイクロ波能動デバイス 199 |
| 9.4.1 エサキダイオード 199 |
| 9.4.2 ガンダイオード 200 |
| 9.4.3 インパットダイオード 202 |
| 9.4.4 その他の走行時間ダイオード 203 |
| 演習問題 204 |
| 10.電気・光変換デバイス |
| 10.1 半導体の光物性 205 |
| 10.1.1 半導体による吸収 205 |
| 10.1.2 半導体における発光現象 206 |
| 10.2 光検出デバイス 208 |
| 10.2.1 光導電セル 208 |
| 10.2.2 ホトダイオード 211 |
| 10.2.3 雪崩ホトダイオード 213 |
| 10.2.4 ホトトランジスタ 214 |
| 10.3 太陽電池 215 |
| 10.4 発光素子 218 |
| 10.4.1 発光ダイオード 218 |
| 10.4.2 半導体レーザ 219 |
| 演習問題 222 |
| 付録 224 |
| 演習問題解答 225 |
| 索引 227 |
図書
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