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書籍詳細

  ナノ構造エレクトロニクス入門

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土屋英昭 神戸大准教授 博士(工学) 著

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発行年月日:2013/09/20 , 判 型: A5,  ページ数:268頁

ISBN:978-4-339-00851-7,  定 価:3,888円 (本体3,600円+税)

ナノスケールでは従来の半古典的な電子論に加えて,量子力学に立脚した電子論が不可欠になる。本書はナノ構造エレクトロニクスの入門書として,量子力学の基礎からナノMOSトランジスタまで系統的にわかりやすく解説を行う。

【目次】

1. 量子力学の基礎
1.1 相補性原理とド・ブロイ波長
1.2 対応原理
1.3 シュレディンガー方程式
1.4 時間に依存しないシュレディンガー方程式
1. 量子力学の基礎
1.1 相補性原理とド・ブロイ波長
1.2 対応原理
1.3 シュレディンガー方程式
1.4 時間に依存しないシュレディンガー方程式
1.5 波動関数の物理的意味(ボルン解釈)
1.6 固有値の物理的意味
1.7 エルミート演算子
1.8 交換関係
1.9 不確定性原理
1.10 エーレンフェストの定理
1.11 確率流密度
1.12 パウリの排他律
 1.12.1 粒子の統計性
 1.12.2 フェルミ粒子とボーズ粒子
 1.12.3 パウリの排他律
付録A 絶対温度
付録B 1粒子波動関数の規格化直交条件
演習問題
 
2. 古典統計力学
2.1 物理量(長さ,速さ)の大きさが変化すると物理法則も変わる
2.2 粒子数が変わるとなにが起こるか
2.3 マクスウェル・ボルツマン分布
 2.3.1 数を減らして実際に粒子の分配を行ってみる
 2.3.2 マクスウェル・ボルツマン分布の導出
 2.3.3 マクスウェル・ボルツマン分布の対象
2.4 マクスウェルの速度分布
付録A Γ関数の性質
演習問題
 
3. 量子統計力学
3.1 フェルミ・ディラック分布とボーズ・アインシュタイン分布
 3.1.1 フェルミ・ディラック分布
 3.1.2 ボーズ・アインシュタイン分布
 3.1.3 プランク分布
3.2 フェルミ・ディラック分布関数の性質
 3.2.1 有限温度(T≠0 K)のフェルミ・ディラック分布関数
 3.2.2 nの意味
3.3 ボルツマン近似
付録A eV単位(エレクトロンボルト単位)
演習問題
 
4. 固体の自由電子モデル
4.1 固体中の電子と自由電子モデル
4.2 熱平衡状態の電子密度
4.3 波数空間(k空間)のフェルミ・ディラック分布関数
4.4 エネルギー状態密度
4.5 非縮退半導体の電子密度
4.6 金属の電子密度(T=0 K近似)
4.7 電子比熱
付録A 自由電子の分散関係
付録B 波数空間の状態密度
付録C 平面波=自由電子の表現
演習問題
 
5. 格子振動
5.1 1次元の格子振動と振動モード
5.2 音響モードと光学モード
5.3 実際の結晶における3次元格子振動
5.4 電子と格子振動の相互作用
5.5 格子振動の量子化とフォノン
付録A 第1ブリルアンゾーン
付録B 調和振動子の量子化
演習問題
 
6. 固体中の電子の伝導機構
6.1 ボルツマン方程式
 6.1.1 ボルツマン方程式の導出
 6.1.2 散乱項
 6.1.3 緩和時間近似
6.2 ドリフト電流と拡散電流
 6.2.1 ドリフト電流密度
 6.2.2 平均自由行程λ
 6.2.3 拡散電流密度
 6.2.4 ドリフト電流と拡散電流の役割
6.3 移動度の温度依存性
6.4 高電界輸送効果
付録A 電流の定義
演習問題
 
7. 量子力学的サイズ効果
7.1 エネルギーの量子化
7.2 トンネル効果
7.3 トランスファーマトリックス(転送行列)法
演習問題
 
8. バンド理論
8.1 周期構造とブロッホの定理
 8.1.1 結晶中の周期ポテンシャル
 8.1.2 ブロッホの定理
8.2 クローニッヒ・ペニーモデル
 8.2.1 簡単化したクローニッヒ・ペニーモデル
 8.2.2 P→0およびP→∞の場合
8.3 平面波展開法
 8.3.1 並進対称性
 8.3.2 逆格子ベクトル
 8.3.3 面心立方格子の逆格子ベクトルと第1ブリルアンゾーン
 8.3.4 シュレディンガー方程式の平面波展開表示
 8.3.5 空格子バンド法
 8.3.6 二波近似法
8.4 経験的擬ポテンシャル法
8.5 伝導帯最下端のバンド構造と有効質量近似
付録A ブロッホ振動
演習問題
 
9. ナノ構造の電子物理
9.1 ナノ構造の電子密度
 9.1.1 量子井戸
 9.1.2 量子細線
 9.1.3 フェルミ・ディラック積分
 9.1.4 閉込め次元とエネルギー状態密度
 9.1.5 有効質量とエネルギー状態密度
9.2 ナノ構造の電流密度
 9.2.1 ツ・エサキの電流式
 9.2.2 ランダウアー・ビュティカーの式
 9.2.3 バリスティックMOSFETの名取モデル
付録A 式(9.51)の導出
付録B 式(9.52)の導出
演習問題
 
10. ナノMOSトランジスタ
10.1 ムーアの法則
10.2 MOSFETの基本動作
 10.2.1 金属-半導体接触
 10.2.2 金属-酸化膜-半導体接合
 10.2.3 MOSFETの動作原理
10.3 Dennardスケーリング(比例縮小則)
10.4 微細化に伴い出現するさまざまな物理現象
 10.4.1 短チャネル効果
 10.4.2 離散不純物ゆらぎ
 10.4.3 量子力学的効果
 10.4.4 準バリスティック輸送
10.5 テクノロジーブースター
 10.5.1 ひずみSi/超薄膜SOI構造
 10.5.2 高移動度チャネルMOSFET
 10.5.3 マルチゲート構造
 10.5.4 ショットキーMOSFET
10.6 新原理・新概念トランジスタ
 10.6.1 トンネルFET
 10.6.2 インパクトイオン化MOS(I-MOS)
 10.6.3 ジャンクションレストランジスタ
付録A 移動度ユニバーサル曲線
付録B 反転層キャリアの量子化
付録C 反転層容量
付録D kTレイヤ理論
付録E フラックス法による後方散乱係数の導出
演習問題
 
引用・参考文献
演習問題解答
索引

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