寫在前面
日常生活中，從必需的家電產(chǎn)品到汽車，許多現(xiàn)代設(shè)備的更新?lián)Q代都是受半導(dǎo)體的發(fā)展所賜。身邊的個人計算機與手機等更是頻繁使用到半導(dǎo)體，相信這一點廣為人知。
學(xué)習(xí)半導(dǎo)體的原理，了解它的構(gòu)造，對于初學(xué)者來說門檻可能略高。想要認真學(xué)習(xí)的話，甚至還需要量子力學(xué)知識。到目前為止，出版了很多半導(dǎo)體方面的書，可是對于初學(xué)者來說，合適的書并不多見。
關(guān)于本書
如果要學(xué)習(xí)本書，有高中文化程度的物理學(xué)基礎(chǔ)以及簡單的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)就可以了，并不需要特別的專業(yè)知識。
構(gòu)成大規(guī)模集成電路的器件大部分是MOS晶體管。因此第1章就先說明一下MOS晶體管的概要，為了深入理解，在第2章里介紹能帶圖，第3章里介紹PN結(jié)二極管，在第4章里介紹雙極性晶體管，在第5章里介紹MOS電容器。對特別重要的PN結(jié)二極管以及MOS電容器的能帶圖畫法進行了詳細說明。在第2章中對空穴（hole）密度的求法進行了詳細的解釋說明。第3章使用能帶圖對PN結(jié)二極管的工作原理進行直觀說明。在第4章中，對作為PN結(jié)二極管的自然延伸的雙極性晶體管進行了說明。值得注意的是，理解雙極性晶體管不只是理解其本身，對于理解MOS晶體管的原理也會有所幫助。在第5章出現(xiàn)的MOS電容器可以被視為PN結(jié)二極管中的接合部分中加入了一層絕緣膜而得到的東西。因此，如果會畫PN結(jié)二極管的能帶圖，也應(yīng)該能立刻畫出MOS電容器的能帶圖。能理解以上這些能帶圖，對于第6章MOS晶體管的工作原理也能直觀理解。在同一章里，對于MOS晶體管的電流電壓特性的物理意義，筆者會使用簡單的式子進一步明確。在第7章中, 對于作為超大規(guī)模集成電路元器件的MOS晶體管，筆者會對其微縮方向縮放比例定律進行說明。然后，對于微縮化的難點MOS晶體管的短溝道效應(yīng)，CMOS器件的閂鎖效應(yīng)以及互連線的微縮化造成的信號延遲也會提及。作為延伸，對大規(guī)模集成電路中廣泛使用的閃存技術(shù)也會進行概述。
筆者自2001年開始在大學(xué)教授半導(dǎo)體元器件相關(guān)科目。每年會教70名左右電氣電子情報專業(yè)的學(xué)生，到目前為止，在課上也被問了許多問題。本書會提到這些問題并著重于如何讓讀者容易理解這些問題。
通過閱讀本書，讀者應(yīng)該能畫出PN結(jié)二極管以及MOS電容器的能帶圖。然后從這些能帶圖能進一步直觀地理解半導(dǎo)體元器件的工作原理。在此希望讀者能邊讀邊問為什么。衷心希望這本書能成為讀者理解半導(dǎo)體元器件的契機，成為讀者深入學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。

關(guān)于在授課中使用本書
為了讓讀者在自學(xué)自習(xí)中也能使用本書，每章的開頭寫有目標提前學(xué)習(xí)這一章的項目，章末有習(xí)題以及解答。
以下是筆者提議的學(xué)習(xí)計劃。
第1課時：第1章半導(dǎo)體以及MOS晶體管的簡單說明。
第2課時：2.1能帶。
第3課時：2.2費米統(tǒng)計與半導(dǎo)體。
第4課時：2.3電中性條件以及質(zhì)量作用定律。
第5課時：2.4擴散與漂移，2.5靜電場的基本公式。
第6課時：3.1PN結(jié)二極管的結(jié)構(gòu)以及整流作用，3.2~3.3能帶圖。
第7課時：3.4電流電壓特性。
第8課時：第4章雙極性晶體管。
第9課時：5.1MOS電容器的C-V特性。
第10課時：5.2MOS結(jié)構(gòu)的能帶圖，5.3C-V特性的頻率依賴性。
第11課時：6.1MOS晶體管的工作原理。
第12課時：6.2電流電壓特性，6.3NMOS與PMOS。
第13課時：6.4反相器。
第14課時：7.1器件微縮的方向：縮放比例定律，7.2器件微縮的難點。
第15課時：7.3互連線微縮造成的信號延遲，7.4閃存。
其中，如果將第6課時3.1~3.3節(jié)的PN結(jié)二極管的能帶圖作為重點而使用兩次課時學(xué)習(xí)，則可省略掉第8課時出現(xiàn)的第4章內(nèi)容即雙極性晶體管部分，或者省略掉第15課時的7.3節(jié)和7.4節(jié)的互連線微縮造成的信號延遲以及閃存的內(nèi)容。
致謝
在寫這本書的過程中，得到了來自東芝株式會社多位員工的幫助，筆者想在此表示深深的感謝。
這本書的由來是當(dāng)時在東芝株式會社內(nèi)部寫書的機會。筆者想對給我這個機會并在之后提供許多幫助的田中真一先生表示感謝。對參與校閱本書的松川尚弘先生、間博顯先生、谷本弘吉先生、堀井秀人先生、遠田利之先生、金箱和范先生、成毛清實先生、遠藤真人先生、竹中康記先生表示感謝。對巖佐知惠女士的支持和幫助表示感謝。
另外想對近代科學(xué)社的山口幸治先生、大塚浩昭先生、安原悅子女士表示感謝。
后，想對一直以來安靜地關(guān)照著在休息日寫書的筆者的妻子表示感謝。
這本書是基于東芝株式會社面向集團內(nèi)部發(fā)行的《面向初學(xué)者的半導(dǎo)體器件》增補改編而來的。
關(guān)于增補版
本書自從2017年3月出版發(fā)行以來，被眾多大專院校指定為教科書，贏得了諸多好評，以至重印了3次之多。這次為了更加深入地說明基本的MOS晶體管的電流電壓特性，而發(fā)行了增補版。
增補版的主要變化在于以下兩點：其一，追加了MOS晶體管的漏極電流ID的飽和原因。ID的飽和是非�；�礎(chǔ)的。在增補版中，追加了漏極電流的飽和原因溝道的源端的電場Es飽和了，源端的載流子速度vS變?yōu)槎ㄖ�。其二，在附錄里添加了從基本專利到實用化花�?2年的MOS晶體管。
衷心希望本書能在添加以上增補內(nèi)容后，對更廣大的讀者有所幫助。