Edusemi-v4x

基礎編　第1章：半導体物性とMOS構造の基礎

本章では、MOSトランジスタやLSI回路設計の物理的基盤となる半導体物性の本質を、以下の段階で丁寧に解説します：

1. バンド構造とキャリア
2. PN接合と整流特性
3. MOS構造における電界制御とチャネル形成
4. MOSトランジスタのスイッチ動作
5. CMOSインバータによる論理回路の出発点

これにより、物性物理から論理回路の入り口までを、一貫した流れとして理解できる構成になっています。

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🔍 本章の位置づけ

• MOSトランジスタは、電界によりON/OFFが切り替わる構造を持ちますが、その背景にはバンド構造やPN接合の原理が存在します。
• 本章では、MOSの構造と動作を、スイッチ動作に至るまでの物理的視点で段階的に理解することを重視します。
• 第2章以降の論理ゲート・組み合わせ回路・順序回路設計に必要な基盤を形成します。

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📘 章構成（chapter1_materials/）

節番号	ファイル名	内容概要
1.1	1.1_band_structure.md	バンド構造とキャリア（電子・正孔・ドーピング）
1.2	1.2_pn_junction.md	PN接合、空乏層、整流と接合ダイオードの動作
1.3	1.3_mos_structure.md	MOS構造、電界制御、チャネル形成（nMOS/pMOSの基本）
1.4	1.4_mos_switch.md	MOSトランジスタのスイッチ動作と回路的ON/OFFモデル
1.5	1.5_cmos_inverter.md	CMOSインバータの構造・論理動作・波形と消費電力

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🧠 学習のポイント

• 半導体物性の3本柱（バンド構造、PN接合、MOS構造）を段階的に理解
• MOSのチャネル形成と電圧制御によるスイッチ動作の本質を掴む
• nMOS/pMOSを組み合わせたCMOSインバータを通じて、論理回路設計の出発点へ到達する

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📂 ディレクトリ構成

Edusemi-v4x/
└── chapter1_materials/
    ├── README.md
    ├── 1.1_band_structure.md
    ├── 1.2_pn_junction.md
    ├── 1.3_mos_structure.md
    ├── 1.4_mos_switch.md
    └── 1.5_cmos_inverter.md

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🖼️ 図版・補足予定

• /images/ に以下の図版を格納予定：
  • band_diagram_intrinsic.png（真性半導体）
  • pn_depletion_potential.png（空乏層・整流）
  • mos_cross_section.png（MOS断面）
  • mos_depletion_inversion.png（空乏→反転）
  • nmos_switch.png, pmos_switch.png, mos_switch_model.png
  • cmos_inverter_structure.png, cmos_inverter_logic.png, cmos_inverter_waveform.png

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🔄 次章への接続

• 第2章では、本章の理解をもとに、論理ゲートや組み合わせ回路の設計・解析へ進みます。
• CMOSインバータを起点とした論理演算回路の構成原理を実践的に展開していきます。

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