図解入門 よくわかる 最新半導体の基本と仕組み[第2版]

概 要

LSIの開発と設計、製造の工程、半導体デバイス応用と最新技術を図表を使ってわかりやすく解説した半導体入門書の第2版です。基礎力の理解を深めることと、半導体業界の最新情報に重点をおき、第1版から大幅に加筆し、さらに設計・製造・デバイス・LSI応用技術などを最新情報にアップデート。半導体の基本動作、原理、イメージセンサ、トランジスタ微細化、発光ダイオード、フォトダイオード、半導体レーザー、ユニバーサルメモリ、パワー半導体、白色LED、無線通信ICタグなど半導体の基本と仕組みを幅広く解説しています。半導体業界で活躍するエンジニアと、半導体エンジニアを志す人におすすめします。

著者 西久保靖彦
価格 本体1800円(税別)
ISBN 978-4-7980-2863-7
発売日 2011/1/27
判型 A5
色数 2色
ページ数 268
CD/DVD
対象読者 入門
シリーズ 図解入門
表紙イメージ
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目次

第1章 半導体とは何か?

1-1 半導体って何だろう?

半導体はスーパー電子部品

半導体の特質

1-2 導体と絶縁体はどこが違うのか?

自由電子と電気抵抗

1-3 半導体の二重人格~絶縁体もどきから導体もどきへの変質~

エネルギー構造を理解する

1-4 半導体材料シリコンとはどんなモノ?

シリコンの特性

電気抵抗率

1-5 不純物の種類によってP型半導体とN型半導体になる

シリコンの原子構造

N型半導体

P型半導体

1-6 N型半導体、P型半導体のエネルギー構造

馬力アップエネルギーの正体とは?

絶縁体、半導体、導体のエネルギー構造

N型半導体のエネルギー構造

P型半導体のエネルギー構造

多数キャリアと少数キャリア

半導体の不純物濃度と電気伝導度

1-7 LSIを搭載する基板―シリコンウエーハのつくり方

シリコンウエーハの製造工程

ウエーハサイズとチップの取れ数

第2章 IC、LSIとは何か?

2-1 高性能電子機器を実現するLSIとは何か?

LSIがもたらしたもの

2-2 シリコンウエーハ上のLSIはどうなっているのか?

LSIは半導体素子の集合体

2-3 LSIにはどんな種類があるのか?

バイポーラ型とMOS型

デジタルLSIとアナログLSI

シリコンLSIと化合物半導体

2-4 LSIを機能面から分類すれば?

LSIの機能は4種類

2-5 メモリの種類

大別するとメモリは2種類

2-6 オーダーメイドASICにはどのような種類があるのか?

ASICの3つの種類

ストラクチャードASIC

2-7 マイコンの中身はどうなっているのか?

マイコンを構成する各機能

マイコン性能と応用機器

2-8 あらゆる機能をワンチップ化、システムLSIへの発展

複数の機能を1つのチップに

システムLSIを支える技術

2-9 システムLSI搭載機器① 携帯電話はどうなっている?

携帯電話が相手にかかり通信できる仕組み

携帯電話の構成

携帯電話のシステムLSIセットと働き

携帯電話端末の発展

2-10 システムLSI搭載機器② デジタルカメラはどうなっている?

イメージセンサーの仕組み

デジタルカメラ画像のメモリ容量

コラム 個別半導体(IC、LSI以外のいろいろな半導体)

第3章 半導体素子の基本動作

3-1 PN接合が半導体の基本

N型半導体とP型半導体の接触で起こる拡散現象

空乏層と順

逆バイアス

3-2 電流を一方向に流すダイオードとは?

ダイオード(Diode)

整流作用

3-3 トランジスタの基本原理、バイポーラトランジスタとは?

NPNトランジスタとPNPトランジスタ

NPNトランジスタ基本動作

増幅作用

3-4 LSIの基本素子MOSトランジスタとは?(PMOS、NMOS)

MOSトランジスタ基本構造

MOSトランジスタのスイッチング動作(NMOSの場合)

3-5 もっともよく使われているCMOSってなんだ?

PMOS+NMOS=CMOS

CMOSインバータは入力一定なら、むだな電流は生じない

3-6 メモリDRAMの基本構造や動作はどうなっているか?

DRAMのメモリセル構造と動作の考え方

メモリセルへの書き込み、読み出し方法

メモリセル位置の選択

リフレッシュ動作

微細加工技術による大容量化が進む

3-7 携帯機器に活躍するフラッシュメモリとは?

メモリ分野をDRAMとフラッシュメモリで二分する

フラッシュメモリの分類と特徴

フラッシュメモリ(NOR型)の基本構造

フラッシュメモリ(NOR型)の動作原理

NAND型フラッシュメモリの多値化技術

第4章 デジタル回路の原理

4-1 アナログとデジタルは何が違うのか?

すべての事象を2進数で表す

アナログからデジタルへの変換

ビットとバイト

4-2 デジタル処理の基本、2進数ってなんだ?

10進数の構造と2進数の構造

4-3 LSI論理回路の基本、ブール代数とは?

あらゆる回路を実現する代数学

ブール代数の定理

4-4 LSIで用いる基本論理ゲートとは?

インバータ(INV)

NANDゲート

NORゲート

4-5 論理ゲートで10進→2進数変換をする

BCDコードとは

10進→BCD変換の論理ゲートをつくる

4-6 デジタル回路での足し算(加算器)の方法は?

半加算器(ハーフアダー)

全加算器(フルアダー)

4-7 デジタル回路での引き算(減算器)の方法は?

正数、負数

半減算器(ハーフサブトラクター)

全減算器(フルサブトラクター)

4-8 その他の重要なデジタル基本回路

組み合わせ回路

フリップフロップ

カウンタ

第5章 LSIの開発と設計

5-1 LSI開発の企画から製品化まで

LSI製品化までの流れ

5-2 機能設計 どういうものをつくりたいか機能を決める

CADの利用が前提

LSIと搭載ソフトウェアの協調設計が重要

5-3 論理設計 論理ゲートレベルでの機能確認

機能設計データを論理回路データに変換する

5-4 レイアウト

マスク設計 電気性能を保証してのチップ最小化

配置配線問題が重要な課題

5-5 回路設計 トランジスタレベルでのより詳細な設計

広義の意味の回路設計とは

5-6 フォトマスク LSI製造工程で使用するパターン原版

LSIパターンの原画

電子ビームマスク描画装置

位相シフトマスクとは?

5-7 最新設計技術動向 ソフトウェア技術、IP利用による設計

設計上位からのC言語ベースによる設計手法

タイミングを考慮したレイアウト設計

新規LSI設計の決め手になるIP再利用設計

製造技術に起因するバラつきを考慮した製造性容易設計

5-8 LSI電気的特性の不良解析評価・出荷テストの方法は?

LSI開発時の評価

出荷時の量産テスト

不良品の故障解析

テスト容易化設計

第6章 LSI製造の前工程

6-1 半導体ができるまでの全工程概観

前工程

後工程

6-2 洗浄技術と洗浄装置

半導体は超きれい好き!

洗浄装置

コラム クリーンルーム

6-3 成膜技術と膜の種類

半導体構造に必要な膜にはどんな種類があるのか?

6-4 薄膜はどのように形成するのか?

3種類の形成方法

6-5 微細加工をするためのリソグラフィ技術とは?

リソグラフィ工程の流れ

6-6 トランジスタ寸法の限界を決める露光技術とは?

ステッパー(縮小投影型露光装置)

露光機の光源は、より短波長に

液浸露光装置(液浸ステッパー)

テクノロジーノード45nm以降の露光技術は?

ダブルパターニングで2倍の微細化を実現

EUVリソグラフィ

6-7 3次元微細加工のエッチングとは?

2種類のエッチング方法

微細化に対応する新鋭エッチング装置

6-8 不純物拡散工程とは?

シリコンにP型やN型半導体領域をつくる

6-9 半導体素子を接続する金属配線

最先端LSIの配線は6~7層に及ぶ多層配線へ

配線材料をアルミから銅へ代え配線遅延を減少

低誘電率材料を用いて配線間容量の減少

多層配線構造では平坦化CMP技術が必須

6-10 CMOSインバータの製造プロセスを理解しよう

サンプルCMOSのフォトマスク

CMOSプロセスフロー

コラム 実際のフォトマスクの使用枚数と値段

第7章 LSI製造の後工程

7-1 シリコンチップをパッケージに入れて検査・出荷するまで

1.組み立て(パッケージング)

2.検査(テスト)

7-2 パッケージ形状の種類はいっぱい

大別すると2種類

LSIパッケージに要求される技術

7-3 BGAやCSPとはどのようなパッケージングか?

パッケージ寸法はチップサイズに

7-4 複数のチップを同一パッケージに搭載するSIP

実装密度が2以上へ

SIP vs SOC

SIP単独からSIP×SOCのソリューションへ

7-5 貫通電極TSVによる3次元実装技術

シリコン貫通電極TSV技術とは?

TSV技術の作製工程

第8章 半導体デバイス応用と最新半導体技術

8-1 光半導体の基本原理(発光ダイオード、フォトダイオード)

光半導体は、光→電気/電気→光のエネルギー変換デバイス

光半導体デバイスの種類

発光デバイス:発光ダイオード(LED)は高輝度で長寿命

発光ダイオード(LED)の基本原理

光センサ(フォトダイオード)の基本原理

光センサはあらゆるところに使用されている

8-2 照明器具として白色LEDの登場

照明器具の省エネエースとして白色LEDの登場

LEDにより白色光を得るには3方式がある

照明用白色LED構造

8-3 膨大な数のフォトダイオードを集積化したのがイメージセンサ

イメージセンサの仕組み

CCDイメージセンサ

CMOS型イメージセンサ

8-4 IT社会を担う高速通信網を可能にした半導体レーザー

光通信システム

半導体レーザー

8-5 青色レーザーが可能にした高画質長時間レコーダの実現

光学式記録メディアの原理

光学メディア性能を決めるのは照射するレーザー光波長

8-6 省電気エネルギーに貢献するパワー半導体

パワーMOSFET

IGBT

パワー半導体の現状

シリコン半導体の限界を超えるSiC半導体

SiCの本格的実用化には、まだまだ問題を抱えている

究極的なパワー半導体はダイヤモンド

8-7 ICカードは極小コンピュータ

ICカードは極小コンピュータ

ICカードの種類

接触型ICカード

非接触型ICカード

非接触ICカードの動作原理(リーダライタとの通信)

8-8 流通管理の仕組みを変える無線通信ICタグ

ICタグの特徴とビジネスへの応用

ICタグの動作原理

ICタグを0.05mm角の粉末ICチップで実現

8-9 DRAM、フラッシュの次世代を担うユニバーサルメモリ

ユニバーサルメモリとは?

次世代の有力候補はFeRAM、MRAM、PRAM

強誘電体メモリ(FeRAM)

磁気抵抗メモリMRAM

相転移メモリPRAM

8-10 トランジスタの微細化構造限界はどこまでか?

MOSトランジスタ微細化を決めていた比例縮小則

さらなる微細化構造実現のための阻害要因の解決策

CMOSデバイスの将来予測

究極ナノテク技術の単一電子トランジスタ

8-11 微細化は電子機器高性能化を加速する

トランジスタ微細化による電子機器高性能化への効果

動作電圧低下しても限界にきているCPU消費電力削減

マルチコア(マルチプロセッサ)技術

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