1. 半導体工学の基礎
電気を通す・通さないの違いから、電子と正孔、pn接合、トランジスタの仕組みと微細化までを学びます。
半導体の性質
- 半導体とは何か電気を通す金属と、電気を通さないゴムやガラスの間にある物質としての半導体を、身近な例から説明する。条件しだいで電気の通りやすさを変えられることが、半導体が役に立つ理由である。
- 電子と正孔、n型とp型半導体の中で電気を運ぶ「電子」と「正孔」の働きと、ごくわずかな元素を混ぜてn型・p型の半導体を作る仕組みを、シリコンを例に説明する。
- pn接合とダイオードp型とn型の半導体をつなぎ合わせた「pn接合」で、境目に空乏層ができ、電気が一方向にだけ流れる仕組みを説明する。これがダイオードの働きで、トランジスタを理解する土台になる。
- エネルギーの段で考える：バンドとバンドギャップ金属、絶縁体、半導体の違いを、電子がとれるエネルギーの帯（バンド）と帯の間のすき間（バンドギャップ）で説明する。熱や光で電子がすき間を越える仕組み、n型とp型の見方、材料によるすき間の違いと使い分けを扱う。
トランジスタ
- MOS構造とMOSFETの動き金属・酸化膜・半導体を重ねたMOS構造と、ゲートにかける電圧でソースとドレインの間に電子の通り道をつくるMOSFETの仕組みを、pn接合の知識をもとに説明する。
- 微細化と、その課題トランジスタを小さく作る「微細化」で何がよくなるのかと、小さくするほど切のときにも電気が漏れやすくなる課題、それを抑えるためにゲートでチャネルを囲む構造へ移ってきた流れを説明する。