III

はじめに物性関連のテキストでは，章によって物質の面から ， また性質の面からと，章の分類に統一性が欠けている場合が多い.これは一つには物性の多様性にあり ， このことがこの分野をわかりにくくしている面もある .本書も章の分類に統一性を欠いているが，考え方，思考過程の観点から以下その概略を示すような幾つかの道筋がある .なお，さらにくわしくは各章の初めに記述された文を参照されたい.
，3章は，簡単なモデルから組み立て，より現実に合った条件を付加第2し現実のものに近づけるプロセスをふまえて構成しである .
他方，第 4章では一般的な基本的関係(式)か ら出発して個々の物理的情報が得られる条件を付加していく .普通ここでとりあげられている個々の結果をもっと簡単な手法で得られ，読者もそのような議論に接したこともあると思うが， ここではあえて一つの基本的考えからいかに多くの物理情報が得られるかの観点に立ってこのような構成にした .
第 2~4 章で論じた内容を実際の半導体材料に適用したのが第 5 章である.続く第 6章では ，今日 ，物性(物理)が工学的立場からも注目され物性工学と いう分野が重視されるに至った簡単な半導体デ、パイスについて述べてある.ただし ，第 5章までの基礎知識ではその動作を定量的には説明しきれない. ここではむしろ定性的にどのような応用に結びつくかを示すに留めた .
ここまでは固体内電子の挙動を調べたのに対し，第 7章では結晶界面の電子の挙動，および表面からの電子放出をとりあげている .
第 2~7 章では主に電子のエネルギ ー 状態 ， 伝導現象を中心に ， 時に応じてその後の議論に必要な範囲で熱的性質(格子振動)や光学的性質をとりあげた.これらの諸性質に対する体系的記述は行っていない.

『工科系物性工学~(武藤準一郎著/裳華房)

はlV

じ めに

第 8章の誘電性，磁性は電磁気学では同じような形式で表現される . ι‑'‑~~では両特性をできるだけ対象的に取扱 った.

すでに述べたように本来物性の面白さの一つはその多様性にあり ，対象の複雑さから基本的なものを引き出していく過程である . あるいは ，逆に基本的な考えからいかに錯綜した現実の現象を説明しうるかにある . しかしながら，この過程をより厳密に議論すればするほどその説明文は長くなり，入門書としてはかえってわかりにくくなってしまうようにも思う . この点を考慮して，本書では多くの小節に区切り短く記述することによって ， それぞれの部分で何がポイントかを明確にするよう心掛け，そとでの論点をできるだけはっきりするように心掛げた . なお ，できるだけ本文をすっきり簡潔にした. その結果いくつかの基本的事項は各章の問題，さらには付録でも取扱っている .
また ，章末に「まとめのヒント」をつけ， その章の記述の思考過程の流れを簡略に図式化してみた . このような流れ図は本来個人個人がつくるものであって，著者の押しつけるものではないと思う .本書ができ上がる過程においてそのような点を指摘された方もあったが，筆者はあえて先に上げた物性の多様性，複雑さの面白きを犠牲にしてまでも単純な流れ図を書いてみた .
このことによって ， その章の大まかな思考過程がはっきりすると思 ったからである . もちろん物性工学の対象はこのように単純化できるものではない.
また内容をどう捕えるかは個人個人で異なってくる .読者はぜひ各人固有の流れ図をつくり ， ここに挙げた図式と異なる自分自身のものを構築されることを望む. なお本文中，小活字を用いて幾つかの話題に触れ本論の補足としている .
本書は物性工学入門の一端を記したにすぎない. この方面にさらに興味を抱いた諸君は， あるいはここには記述されなかった物性現象に興味を抱かれた諸君は，巻末の参考書等さらに進んだ総合的解説書へと進まれることを希はじめにV望する .
理工学の多くがそうであるように ，先人が学術論文として発表した結果が本に取り入れられ，あるいは表としてまとめられるにしたがい，内容が簡略化 され断定的に表現される .われわれは時に応じて歴史を遡り ，おおもとの，オリジナルの文献に触れる必要もあろう . そこには簡略にまとめられているもの以上のものを見つける場合も少なくない. この点を考慮して，本書では三か所ほど原本の測定結果をとり入れてみた .
本書のタイトルである「物'性工学」とは何か?と問われると ，なかなかはっきり簡潔には答えられない.では物性(物理)とは 何 か ? 近 代 の物理学は大きく二つに分かれた発展を辿っている .一つは原子の 内部 を指向する原子核物理であ り，一つは原子より広がっていく領域を対象とした物性物理の分野である .物性(物理)の分野では多くの原子分子の挙動を ，量子力学を根底におく量子論や統計力学等を駆使して解明してきている . また ，原子核物理が比較的純粋な要素過程を追求していくのに対して ，物性物理は各要素がからみ合った複合過程を対象としており ，多種多様で雑然としているのが特徴といわれる .
この物性の分野は， トランジスター ，IC等に 代表 される半導体デバイス
等応用面からの興味も大 きく ，物性が単に物理の範鴎に留まらず，工学(物性工学)として注目されてきている . ここには基礎を知って応用へと展開していく ，あるいは応用の目的で基礎的な物性を追求しており ， この基礎現象の発見，あるいは理解とそれが応用されるまでの時間差は年々短くなってきている .なお，物性工学の対象は固体の物性が主である . これは気体，液体に比べ固体が工学の分野で使いやすいこと ，また ，固体に対する物性(物理)が，量子論，統計力学等を駆使して飛躍的に発展してきたことにもよる .

appliedphy
sicsandP
hysico‑Informatics) の分野か
さて物理情報工学 (ら 物性工学"をどう捕 えたらよいであろうか ?物理情報工学は

自然科

はじめにVl

学，生命 ・生体，物質の様々な現象から発する情報を物理的発想、を基盤として数理的視野で捉え，応用に結びつりていく応用物理"の分野である . ここでは情報をコンピューターが関わっている狭義の情報としてではなし広く状況を報告する(森鴎外の言葉)"と定義している . ここでは自然現象から発せられる情報を理解し，それを応用に結びつけていく指向と ，情報を処理する数理的手法から出発し，得られた情報を使いやすいものにし応用に結びつけていく指向とがある .いずれの方向をとるにせよ ，生命 ・生体をも含む
自然科学一般から発せられる情報に目を向けることは必要であり，ここに物性工学の必要性が求められる .
今日，一つの測定装置にとってもその昔の素朴な，測定経緯が一目でわかるものと異なり ，測定系+得られた結果の処理系が一体になっているものが多い. このことは大型の医療機器や理化学の分析機器を思い浮かべれば明らかである . このような機器を構築する際も，また使いこなす場合も ，本質的にどのような情報がどう加工されてわれわれの目に触れているかを理解しておく必要も生ずる .過った処理方法で情報を歪ませることは避けねばならないし，処理，加工してわれわれの目に触れる以前に得られた情報の質を考慮、する必要もあろう . ここに単に現象の本質だげ，あるいは処理方法だけに留まらず統合的に対象を眺める ，物理情報工学的な物の見方が求められ， その一環として物性工学の果たす役割は大きい.
本書は著者が何年かにわたって担当してきた物理情報工学科の「物性工学，同演習」の講義ノートを基に加筆，構成した .本書の成立過程において.(
teachingassis‑
は主に向上科目の演習を担当してきた伊藤公平博士やT.Atant) の学生諸君の有益な示唆，意見に負うところが多い. ここに感謝の意を表したい.

200
2年 12月

武藤準一郎