○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○学習のねらい目次○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○................................................................................................................... 1

第1週

半導体の結晶構造及び電子，正孔の概念

第 1 週のポイント .............................................................................................................. 3

1.1

半導体の特徴及び種類 ...................................................................................... 4

1.1.1 半導体の特徴 ...................................................................................................... 4
1.1.2 半導体の種類 ...................................................................................................... 4

1.2

半導体の結晶構造及び共有結合 ..................................................................... 6

1.2.1 半導体の結晶構造 .............................................................................................. 6
1.2.2 共有結合 .............................................................................................................. 7
1.2.3 電子（自由電子または伝導電子）及び正孔の概念（真性半導体）............. 8
1.2.4 不純物の役割（n 型及び p 型半導体）.......................................................... 101.2.5 結晶欠陥と不純物 ............................................................................................ 13

第 1 週のまとめと練習問題 ............................................................................................ 17Ⅰ

第２週

半導体のエネルギー帯構造

第２週のポイント ............................................................................................................ 192.1

半導体中の電子の運動（有効質量）.............................................................. 202.2

エネルギー帯構造（バンド構造）.................................................................. 20

2.2.1 バンド構造の概要（伝導帯，価電子帯及び禁制帯）.................................. 20
2.2.2 バンド構造（エネルギーと運動量または波数の関係）............................. 222.2.3

直接遷移型半導体と間接遷移型半導体 ....................................................... 252.2.4

等エネルギー面と有効質量 ........................................................................... 252.3

半導体中の不純物のエネルギー準位 ........................................................... 262.3.1 ドナー不純物及びドナー準位 ....................................................................... 262.3.2アクセプタ不純物及びアクセプタ準位 ....................................................... 272.3.3

深い不純物及び両性不純物 ........................................................................... 282.4

半導体中の電子分布 ........................................................................................ 29

2.4.1 フェルミ分布及びフェルミエネルギー ....................................................... 292.4.2

半導体中の電子分布 ....................................................................................... 30

第２週のまとめと練習問題 ............................................................................................ 33

Ⅱ

第３週

半導体の電気的特性

第３週のポイント ............................................................................................................ 35

3.1

半導体の電気伝導 ............................................................................................ 36

3.1.1 半導体中の電子の運動（熱運動とドリフト運動）..................................... 363.1.2

導電率と移動度 ................................................................................................ 37

3.1.3

導電率，ホール（Hall）係数及び移動度の測定方法 .................................. 39

3.2

半導体中のキャリア密度 .............................................................................. 40

3.2.1

真性半導体におけるキャリア密度 ............................................................... 403.2.2

不純物半導体におけるキャリア密度 ........................................................... 413.2.3

キャリア密度の温度変化 ............................................................................... 433.3移動度 ............................................................................................................... 443.3.1

移動度とキャリア散乱 ................................................................................... 443.3.2

キャリア散乱の種類及び機構 ....................................................................... 453.4

半導体中の電流 ............................................................................................... 483.4.1

ドリフト電流と拡散電流 ............................................................................... 483.4.2

半導体中の電流 ................................................................................................ 493.4.3

非平衡状態での電気的特性 ........................................................................... 50

第３週のまとめと練習問題 ............................................................................................ 53

Ⅲ

第4週

半導体の光学的特性

第 4 週のポイント ............................................................................................................ 55

4.1

半導体の光吸収 ................................................................................................ 56

4.1.1 光吸収の機構・種類 ........................................................................................ 56
4.1.2

直接遷移と間接遷移 ....................................................................................... 57

4.2

半導体の発光現象［光放出（ルミッセンス）］........................................... 58

4.2.1

直接遷移型と間接遷移型の場合の発光機構 .............................................. 58

4.2.2

発光機構 ............................................................................................................ 59

4.2.3

半導体の発光スペクトル ............................................................................... 61

4.2.4

自然放出と誘導放出 ....................................................................................... 63

4.3

光伝導 ............................................................................................................... 63

第 4 週のまとめと練習問題 ............................................................................................ 65

STEP UP................................................................................................................. 66

参考文献................................................................................................................. 68

練習問題の解答 ................................................................................................................ 69
索引

Ⅳ................................................................................................................. 72○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○学習のねらい目次○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○ ○................................................................................................................... 1

第1週

標準的な CMOS･IC/LSI の構造及び製造工程

第 1 週のポイント .............................................................................................................. 3

1.1

標準的な CMOS･IC/LSI の構造及び特徴 .................................................... 4

1.1.1 CMOS 集積回路の構造及び種類 ..................................................................... 4
1.1.2 CMOS の各構造の特徴 ..................................................................................... 51.2

標準的な CMOS･IC/LSI の製造工程（スループロセス）........................... 6

1.3

メモリー集積回路の構造及び製造工程 ....................................................... 16

1.3.1 メモリ集積回路の構成及び概要 ................................................................... 16
1.3.2 DRAM 構造と製造工程 .................................................................................. 17
1.3.3 SRAM 構造と製造工程 ................................................................................... 20

1.4.4 EPROM 構造と製造工程 ................................................................................. 22

第 1 週のまとめと練習問題 ............................................................................................ 24

Ⅰ

第２週

バイポーラ IC/LSI の構造及び製造工程

第２週のポイント ............................................................................................................ 25

2.1

標準的なバイポーラ IC/LSI の構造及び特徴 ............................................. 26

2.1.1 npn 型バイポーラトランジスタの構造及び特徴 ....................................... 26
2.1.2 pnp 型バイポーラトランジスタの構造及び特徴 ....................................... 28

2.2

標準的なバイポーラ IC/LSI の製造工程 ..................................................... 30

2.2.1 標準的な npn バイポーラトランジスタの製造工程 .................................. 30
2.2.2 pnp トランジスタの製造工程 ........................................................................ 34

2.3進んだバイポーラ IC/LSI の構造及び製造工程 ......................................... 35

2.3.1 進んだバイポーラ IC/LSI（酸化膜分離及び多結晶シリコンエミッタ）の構造及び特徴 ................................................ 35
2.3.2 進んだバイポーラ IC/LSI の製造工程 ......................................................... 36

2.4

その他の素子及び回路要素の構造及び製造工程 ...................................... 39

2.4.1 pn 接合ダイオードの構造及び製造工程 ...................................................... 40
2.4.2 ショットキーダイオードの構造及び製造工程 .......................................... 41
2.4.3 抵抗素子の構造及び製造工程 ....................................................................... 42
2.4.4 電気容量素子（キャパシタ）の構造及び製造工程 .................................... 44

第２週のまとめと練習問題 ............................................................................................ 45

Ⅱ

第３週

先端的な MOS 及びバイポーラ集積回路の構造及び製造工程第３週のポイント ............................................................................................................ 47

3.1

先端的な MOS（CMOS）集積回路及びバイポーラ集積回路の構造及び製造工程 ....................................................................... 48

3.1.1 ツインウェル CMOS 構造と製造工程 ......................................................... 48
3.1.2 DDD（Double-diffused drain）及びLDD（Lightly-doped drain）
MOS トランジスタの構造及び製造工程 ..................................................... 49
3.1.3 トレンチ素子間分離（トレンチアイソレーション）
構造及び製造工程 ............................................................................................ 54
3.1.4 Cu ダマシン配線構造及び製造工程 ............................................................. 58
3.1.5 SOI（Silicon on insulator）構造及び製造工程 ............................................. 63
3.1.6 その他の新しい MOS トランジスタ構造及び製造工程 ........................... 65
3.1.7 自己整合型バイポーラトランジスタの構造及び製造工程 ...................... 68

第３週のまとめと練習問題 ............................................................................................ 70

Ⅲ

第4週

BiCMOS の構造及び製造工程

第 4 週のポイント ............................................................................................................ 71

4.1

BiCMOS とは？:

必要理由及び特徴など。............................................... 72

4.1.1 バイポーラ集積回路及び MOS 集積回路の特徴 ........................................ 72
4.1.2 BiCMOS 集積回路の意義･特徴及び応用 .................................................... 73
4.1.3 BiCMOS 基本回路の構成及び動作原理 ...................................................... 75
4.1.4 実用的な BiCMOS 基本論理回路と動作原理 ............................................. 76

4.2

BiCMOS 集積回路の構造及び製造工程 ...................................................... 82

4.2.1 BiCMOS 集積回路の構造 ............................................................................... 82
4.2.2 ツインウェル型 BiCMOS 構造の製造工程 ................................................. 85

第 4 週のまとめと練習問題 ............................................................................................ 87

STEP UP................................................................................................................. 88

参考文献................................................................................................................. 90

練習問題の解答 ................................................................................................................ 91

索引Ⅳ................................................................................................................. 94