半導体の勉強に使った本
小林聡志，金子双男，加藤景三 著 『基礎半導体工学』 コロナ社 (1996)
【目次】
1. 半導体
1.1 抵抗率と導電率
1.2 半導体
1.3 代表的な半導体
1.4 シリコン
1.5 導電率制御
問題
2. キャリヤの運動
2.1 電界中における電子の運動
2.2 拡散による電子の運動
2.3 磁界中の電子の運動
2.3.1 ローレンツ力
2.3.2 ホール効果
付録2.1
付録2.2
問題
3. エネルギー帯図
3.1 エネルギー準位
3.2 電子配置
3.3 共有結合
3.4 エネルギー帯
3.5 シリコンのエネルギー帯
3.6 真性半導体のエネルギー帯図
3.7 不純物半導体のエネルギー帯図
3.8 ドナー準位
3.9 電気伝導の概略
3.10 導体，半導体および絶縁体の区別
3.11 波数空間でのエネルギー状態
3.12 電気伝導
問題
4. キャリヤ濃度
4.1 分布関数
4.2 キャリヤ濃度
4.3 真性半導体
4.4 不純物半導体（Ⅰ）
4.5 不純物半導体（Ⅱ）
4.6 多数キャリヤと小数キャリヤ
4.7 導電率の温度依存性
4.8 禁制帯幅とイオン化エネルギーの求め方
4.8.1 禁制帯幅
4.8.2 ドナーのイオン化エネルギー
付録4.1
問題
5. 非平衡状態のキャリヤ
5.1 非平衡状態の例
5.2 小数キャリヤの発生と消滅
5.3 再結合
5.3.1 直接再結合
5.3.2 再結合中心を介しての再結合
5.3.3 表面再結合
5.4 連続の方程式
問題
6. pn接合
6.1 pn接合の構造
6.2 pn結合のエネルギー帯図
6.3 拡散電位
6.4 階段接合
付録6.1
付録6.2
問題
7. pn接合ダイオード
7.1 小数キャリヤの注入
7.2 小数キャリヤの分布
7.3 電圧電流特性（1）
7.4 電圧電流特性（2）
7.5 降伏現象
7.5.1 ツェナー降伏
7.5.2 電子雪崩降伏
問題
8. 金属と半導体の接触
8.1 金属－半導体接触のエネルギー帯図
8.1.1 φm＞φsの場合
8.1.2 φm＜φsの場合
8.2 整流性
8.2.1 φm＞φsの場合
8.2.2 φm＜φsの場合
8.3 電圧電流特性
8.4 電圧－容量特性
問題
9. バイポーラトランジスタ
9.1 バイポーラトランジスタの構造
9.2 バイポーラトランジスタの動作原理
9.3 バイポーラトランジスタの記号
9.4 バイポーラトランジスタの出力特性
9.4.1 ベース接地
9.4.2 エミッタ接地
9.5 トランジスタの直接特性
9.6 電流増幅率とバイポーラトランジスタの基本設計
9.6.1 エミッタ効率γ
9.6.2 到達率
9.6.3 真性電流増幅率
9.6.4 電流増幅率
9.7 バイポーラトランジスタの交流特性
問題
10. 電界効果トランジスタ
10.1 接合形電界効果トランジスタ（JFET）
10.2 接合形電界効果トランジスタの静特性
10.3 MIS構造
10.3.1 エネルギー帯図と電荷分布
10.3.2 MIS容量
10.4 MIS電界効果トランジスタ（MISFET）
10.4.1 動作原理の概要
10.4.2 MISFETの静特性
10.4.3 MOSFET
10.5 SBFET
問題
11. 半導体デバイス
11.1 負性抵抗素子
11.1.1 トンネル（エサキ）ダイオード
11.1.2 pnpnスイッチ
11.1.3 サイリスタ
11.2 高周波デバイス
11.2.1 ガンダイオード（電子遷移効果ダイオード）
11.2.2 インパットダイオード
11.3 光半導体デバイス
11.3.1 半導体の光吸収
11.3.2 光導電セル（光導電デバイス）
11.3.3 太陽電池
11.3.4 ホトダイオード
11.3.5 ホトトランジスタ
11.3.6 発光ダイオード
11.3.7 半導体レーザ
11.4 センサ
11.5 その他のデバイス
11.5.1 薄膜トランジスタ
11.5.2 高電子移動度トランジスタ
11.5.3 量子効果デバイス
問題
12. 半導体デバイス作製技術
12.1 シリコン単結晶の引上げ法
12.2 化学的気相成長（CVD）法
12.3 物理的気相成長（PVD）法
12.4 集積回路（IC）とIC作製技術
12.4.1 集積回路
12.4.2 IC作製技術
問題
付録
問題解答
索引
1.1 抵抗率と導電率
1.2 半導体
1.3 代表的な半導体
1.4 シリコン
1.5 導電率制御
問題
2. キャリヤの運動
2.1 電界中における電子の運動
2.2 拡散による電子の運動
2.3 磁界中の電子の運動
2.3.1 ローレンツ力
2.3.2 ホール効果
付録2.1
付録2.2
問題
3. エネルギー帯図
3.1 エネルギー準位
3.2 電子配置
3.3 共有結合
3.4 エネルギー帯
3.5 シリコンのエネルギー帯
3.6 真性半導体のエネルギー帯図
3.7 不純物半導体のエネルギー帯図
3.8 ドナー準位
3.9 電気伝導の概略
3.10 導体，半導体および絶縁体の区別
3.11 波数空間でのエネルギー状態
3.12 電気伝導
問題
4. キャリヤ濃度
4.1 分布関数
4.2 キャリヤ濃度
4.3 真性半導体
4.4 不純物半導体（Ⅰ）
4.5 不純物半導体（Ⅱ）
4.6 多数キャリヤと小数キャリヤ
4.7 導電率の温度依存性
4.8 禁制帯幅とイオン化エネルギーの求め方
4.8.1 禁制帯幅
4.8.2 ドナーのイオン化エネルギー
付録4.1
問題
5. 非平衡状態のキャリヤ
5.1 非平衡状態の例
5.2 小数キャリヤの発生と消滅
5.3 再結合
5.3.1 直接再結合
5.3.2 再結合中心を介しての再結合
5.3.3 表面再結合
5.4 連続の方程式
問題
6. pn接合
6.1 pn接合の構造
6.2 pn結合のエネルギー帯図
6.3 拡散電位
6.4 階段接合
付録6.1
付録6.2
問題
7. pn接合ダイオード
7.1 小数キャリヤの注入
7.2 小数キャリヤの分布
7.3 電圧電流特性（1）
7.4 電圧電流特性（2）
7.5 降伏現象
7.5.1 ツェナー降伏
7.5.2 電子雪崩降伏
問題
8. 金属と半導体の接触
8.1 金属－半導体接触のエネルギー帯図
8.1.1 φm＞φsの場合
8.1.2 φm＜φsの場合
8.2 整流性
8.2.1 φm＞φsの場合
8.2.2 φm＜φsの場合
8.3 電圧電流特性
8.4 電圧－容量特性
問題
9. バイポーラトランジスタ
9.1 バイポーラトランジスタの構造
9.2 バイポーラトランジスタの動作原理
9.3 バイポーラトランジスタの記号
9.4 バイポーラトランジスタの出力特性
9.4.1 ベース接地
9.4.2 エミッタ接地
9.5 トランジスタの直接特性
9.6 電流増幅率とバイポーラトランジスタの基本設計
9.6.1 エミッタ効率γ
9.6.2 到達率
9.6.3 真性電流増幅率
9.6.4 電流増幅率
9.7 バイポーラトランジスタの交流特性
問題
10. 電界効果トランジスタ
10.1 接合形電界効果トランジスタ（JFET）
10.2 接合形電界効果トランジスタの静特性
10.3 MIS構造
10.3.1 エネルギー帯図と電荷分布
10.3.2 MIS容量
10.4 MIS電界効果トランジスタ（MISFET）
10.4.1 動作原理の概要
10.4.2 MISFETの静特性
10.4.3 MOSFET
10.5 SBFET
問題
11. 半導体デバイス
11.1 負性抵抗素子
11.1.1 トンネル（エサキ）ダイオード
11.1.2 pnpnスイッチ
11.1.3 サイリスタ
11.2 高周波デバイス
11.2.1 ガンダイオード（電子遷移効果ダイオード）
11.2.2 インパットダイオード
11.3 光半導体デバイス
11.3.1 半導体の光吸収
11.3.2 光導電セル（光導電デバイス）
11.3.3 太陽電池
11.3.4 ホトダイオード
11.3.5 ホトトランジスタ
11.3.6 発光ダイオード
11.3.7 半導体レーザ
11.4 センサ
11.5 その他のデバイス
11.5.1 薄膜トランジスタ
11.5.2 高電子移動度トランジスタ
11.5.3 量子効果デバイス
問題
12. 半導体デバイス作製技術
12.1 シリコン単結晶の引上げ法
12.2 化学的気相成長（CVD）法
12.3 物理的気相成長（PVD）法
12.4 集積回路（IC）とIC作製技術
12.4.1 集積回路
12.4.2 IC作製技術
問題
付録
問題解答
索引
大学の半導体の講義で指定された本でした。大学の講義で指定された本にしては珍しく（？）分かりやすいなと思いましたね。
第１～２章は基本的な電気回路や化学を知っていればスルーしてもいいぐらい基本的な内容、導入ですね。ホール効果なんかも電気回路や電磁気で出てきますね。
拡散現象については初学の時点ではなじみがない人が多いと思うので丁寧に読んだ方がいいと思います。非平衡の熱力学などを勉強したことがあれば拡散方程式の扱いも楽かもしれません。拡散現象、拡散方程式を使った半導体中の電子濃度、正孔濃度の拡散の解説がされています。後々の章でも度々登場するので、その都度読み直すといいとと思います。
第３章からがこの本の本番ですね。ここからバンド図を使った解説が始まります。金属や絶縁体と半導体の違い、真性半導体（不純物なし）と不純物半導体の違いや特性をバンド図と言葉で以て解説されています。3.11～3.12節は少し込み入った話になるのでの初学の時点では飛ばしても良いと思います。
第４章ではフェルミ分布やボルツマン分布が登場し、キャリヤ（電子・正孔）濃度の定量的な解説が本格的になっていきます。これらの分布関数は統計力学の結果なので、統計力学を勉強するに越したことはないですが、ほとんど知らなくてもそういう式で表される分布関数(電子の分布を決める関数)があるんだなと飲み込んで先に進んでも大丈夫だと思います。
第５章では、第２章で勉強した拡散現象が再び登場します。数式の変形が多いですが、行間の飛びが少なく、苦労せずに式が追えると思います。が、この本全体として見ると重要度は低いのでさっと読むだけでいいような気がします。
第６章ではかの有名な（？）pn接合の基本的な解説がされています。数式と図、言葉による丁寧な解説なので、これらの対応が理解できれば、この章以降のデバイスの話も理解しやすくなります。
第７～10章ではダイオードからトランジスタまで、代表的な半導体デバイスの基本原理を、やはり数式と図、言葉で以て丁寧に解説してくれています。例題を解きつつ本文をよ読み進めていくと理解が深まると思います。丁寧に解説してくれているとはいっても、トランジスタの動作原理なんかは難しいと感じたので時間をかけて勉強するしかないですね。ここまでがこの本のメインだと思われます。
第11章はさらに進んだ種々の半導体デバイスの紹介と簡単な説明です。
第12章の半導体デバイス作製プロセスは電気・電子系の人にとってはあまり必要がないかもしれませんね。材料系の人にとっては読んだ方がいいとは思いますが、この本の中ではおまけみたいな感じです。
けっこういい本だなと思ったんですが、ユーザーが少ないみたいなので軽く紹介してみました。気になったら是非、読んでみてください。
大学生の教科書事情
大学の講義で指定される本って基本的に高いですよね。安くても2,000円ぐらいで、高ければ6,000円近く(シュライバー・アトキンス無機化学など)、また、それ以上．．．。
学生にとってこれはなかなか大きな出費。好きな科目で、長くその本を使うなら新品でもいいと思いますが、１冊の本にお金をかけるなら中古で同じ分野の本を２，３冊買った方が勉強も捗ると思いませんか？
ということで僕は大学の講義で指定される本はもちろん、自学用の本も大体は中古で済ませています(著者の方には申し訳ないが、新品の購入による著者・出版社の応援は社会人に任せよう！)。
例えば上の岩波書店の物理入門コース１力学は新品だと税込み2,592円ですが、Amazonの中古の最安値だと1円＋送料です。これ１冊を新品で買うお金でこのシリーズの本が数冊買えてしまいますね(笑)。
Amazon以外にもメルカリや日本の古本屋もたまに利用しますね。
また、大学の近くにはBOOK・OFFや古本屋さんがある場合が多く、そういう立地のお店には、卒業生が売っていったであろう、大学の講義で指定される教科書の中古本がたくさんある可能性が高いです。
皆さんも教科書や専門書をお得に手に入れて楽しく経済的に勉強しましょう！
仮面浪人時代
仮面浪人時代の話をしようと思います。そんなにハイレベルな大学の受験ではないので悪しからず。
高校卒業後、１浪の挙げ句に新潟大学に落ち、入学することになったのは日本大学でした。
ちなみにその時の専攻は応用化学系。
親に「このままずるずると浪人を続けるのは心配だから、とりあえず入学しなさい。仮面浪人するのは自由だから。」と言われ、とりあえず日大に進学することになりました。
もちろん、入学する前から仮面浪人する気満々(笑)。
仮面浪人を考える人は家族との折り合いをつけるのが大変なこともあるので、僕は恵まれていましたね。
当時、目標はあわよくば千葉大か理科大、現実的には新潟大、という感じに設定していました。
Twitterなどで見かけた仮面浪人の成功例としては
というパターンが多かったですね。
流石にこれ以上の難度差だと難しいと思われます。
実際のところ、休学せずに仮面浪人で合格するには、仮面浪人する前からC判定以上ぐらいはないと厳しいのではないでしょうか。
僕は仮面浪人前は新潟大がB判定、千葉大・理科大がD判定でしたね。１浪の挙げ句この成績か、と言われると耳が痛いですが…(笑)。
↓が仮面浪人時の１年間の流れです。
4～7月(前期)
大学の講義をフル単+受験勉強+TOEIC
基本的に講義以外の時間は大学の図書館に入り浸っていました。仮面浪人にとっては大学の図書館が最大の勉強場所でしょう。
7月末のTOEICは大学の後期の英語の単位認定のために受けました。少しでも講義の負担を減らしたかったので。それに、TOEICの勉強はセンター英語＋リスニングの良い勉強にもなったと思います。
1年生前期の講義は微積や統計など、大学受験の勉強の役に立つ講義があったりするので積極的にとっていきたいですね。
8～9月(夏休み)
仙台で夏期講習、自習場所確保
夏休み中も長い時間開いている大学図書館なら下宿に残って大学図書館に入り浸って勉強するのがいいかと思います。残念ながら僕のいたところは夏休み中は17時で閉館だったので実家と予備校の自習室で勉強していました。
10月～(後期)
大学の講義は必修の実験のみ、受験勉強に本腰
最初は後期もフル単したかったんですけど、後期の大学の期末試験がセンター試験の直後ということで諦めました(笑)。
後期も引き続きずっと図書館にこもってましたね。
12月下旬～1月
大学の冬休み中は仙台で冬期講習、自習場所確保
センター試験は下宿先の千葉で受験
結局、センター試験は628/900で安全策をとって仮面浪人する前の年にも受験した新潟大学に出願、後期も安全圏の秋田大に出願しました。
後期の大学の講義で単位をとれたのは実験だけでしたね。
2月～
仙台に戻って受験勉強(間に仙台で理科大受験)、理科大不合格、新潟大受験
3月上旬
新潟大合格
休学せずに仮面浪人するのはなかなか大変ですが、万が一残留した場合に留年せずに済みます。僕も残留した場合に留年せずに済むギリギリのところを攻めました。
Twitterで見かけたりしましたが、世の中には慶應でフル単仮面からの東大合格みたいな超人もいます。僕ではとても真似はできません(笑)。
仮面浪人時の大学生活は孤独なことが多いですが、幸いにも同じく１浪して入学した人と仲良くさせてもらっていたのでかなり助かりました。彼も最初は仮面浪人を考えていたみたいでしたが、夏頃にはそのまま日大でやっていくと決めたようでした。
この文章が仮面浪人を考えている人の目に触れ、その人の参考になったら嬉しいです。
元１＋仮面浪人の記念すべき初のブログ
2018年8月5日日曜日、平成最後の夏に、大学3年生にして初めてブログに手を出してみました。
ちなみに今、期末試験期間の真っただ中です(笑)
とはいえ、２日後にあと１科目だけ残っているという状況なのでそんなに大変な状況ではありませんので悪しからず。
タイミングはさておき、ブログを始めた目的は次のような感じです。
- 学んだことや見聞きしたニュースなどのまとめ
- １＋仮面浪人というやや希少と思われる経験の共有
- ブログで広告収入を得ている人がいると聞いて
3．については、それだけのためにやろうとしてもなかなか続かないと思うので、最初はあまり意識しないでおきます(笑)
初回はこんな感じでしょうかね。続くように頑張ります。
