電子物性工学

科目基礎情報

学校 長岡工業高等専門学校 開講年度 平成30年度 (2018年度)
授業科目 電子物性工学
科目番号 0004 科目区分 専門 / 選択
授業形態 講義 単位の種別と単位数 学修単位: 2
開設学科 電子機械システム工学専攻 対象学年 専1
開設期 後期 週時間数 2
教科書/教材 小長井 誠、電子・情報工学講座8 半導体物性、培風館、1992年
担当教員 島宗 洋介

到達目標

この科目は長岡高専の教育目標の(D)と主体的に関わる。
この科目の到達目標と、各到達目標と長岡高専の学習・教育到達目標との関連を、到達目標、評価の重み、学習・教育目標との関連の順で次に示す。
①固体のバンド理論について理解する。35%(D1)
②半導体の電気的特性の基本を理解する。30%(D1)
③半導体の電気伝導機構について理解する。35%(D1)

ルーブリック

理想的な到達レベルの目安標準的な到達レベルの目安未到達レベルの目安
評価項目1固体のバンド理論について理解して説明できる。固体のバンド理論について概ね理解する。左記に達していない。
評価項目2半導体の電気的特性の基本を理解して説明できる。半導体の電気的特性の基本を概ね理解する。左記に達していない。
評価項目3半導体の電気伝導機構について理解して説明できる。半導体の電気伝導機構について概ね理解する。左記に達していない。

学科の到達目標項目との関係

教育方法等

概要:
今日の情報化社会の基礎をなしている各種エレクトロニクス機器は,半導体素子を中心に構成されている。トランジスタ、ダイオード、発光受光素子の動作を理解するには、固体中の電子の振る舞いを理解する必要がある。固体材料の物性を理解するには、量子力学や統計力学などの現代物理学の知識が必要である。この講義では、半導体の性質を物性的な視点から解説する。
○関連する科目:物性科学(前期履修)、半導体デバイス(次年度履修)
授業の進め方・方法:
注意点:
電子工学,物理,化学の基本的事柄について知識が必要である。特に現代物理(量子論)に関する基本事項については理解をしておくことが必要である。なるべく直感的に分かり易い説明をするので、式の誘導などは各自確認する必要がある。関連する科目として、「物性科学」、「半導体デバイス」があり、これらも履修することが望ましい。

授業計画

授業内容 週ごとの到達目標
後期
3rdQ
1週 固体電子論の考え方 固体電子論の考え方を理解できる。
課題「固体電子論の基本的な問題、量子論の考え方」
2週 固体のバンド理論(1)
固体のバンド理論の定性的な説明
固体のバンド理論の定性的な説明ができる。
課題「固体中の電子に関する復習」
3週 固体のバンド理論(2)
深いポテンシャルの井戸と金属内の自由電子
深いポテンシャルの井戸と金属内の自由電子について説明ができる。
課題「ポテンシャル中の電子に関す
る復習」
4週 固体のバンド理論(3)
状態密度
状態密度について説明できる。
課題「状態密度の計算」
5週 固体のバンド理論(4)
有効質量、正孔
有効質量、正孔について説明できる。
課題「有効質量に関する復習」
6週 半導体の電気物性(1)
真性半導体のキャリア濃度
真性半導体のキャリア濃度について説明できる。
課題「半導体中の電気伝導に関する計算」
7週 半導体の電気物性(2)
不純物ドープとp形・n形半導体
不純物ドープとp形・n形半導体について説明できる。
課題「不純物添加の方式の検討、イオン化エネルギーの計算」
8週 半導体の電気物性(3)
金属の電気伝導と散乱機構
金属の電気伝導と散乱機構について説明できる。
課題「電気伝導に関する基本的な計算」
4thQ
9週 半導体の電気物性(4)
導電率と移動度
導電率と移動度に関する計算ができる。
課題「移動度に関する計算」
10週 半導体の電気物性(5)
ホール効果
ホール効果の計算ができる。
課題「ホール効果の計算」
11週 半導体の電気伝導機構(1)
ドリフト電流と拡散電流
ドリフト電流と拡散電流について説明できる。
課題「半導体中の電流の計算」
12週 半導体の電気伝導機構(2)
多数キャリア注入と少数キャリア注入
多数キャリア注入と少数キャリア注入について説明できる。
課題「少数キャリア注入に関する復習」
13週 半導体の電気伝導機構(3)
キャリアの再結合過程
キャリアの再結合過程について説明できる。
課題「キャリア再結合の復習」
14週 半導体の電気伝導機構(4)
少数キャリア連続の方程式
少数キャリア連続の方程式について理解できる。
課題「少数キャリアの輸送に関する復習」
15週 期末試験 学んだ知識の確認ができる。
16週 試験解説と発展授業 学んだ知識の再確認と修正ができる。

モデルコアカリキュラムの学習内容と到達目標

分類分野学習内容学習内容の到達目標到達レベル授業週

評価割合

定期試験レポート合計
総合評価割合8020100
基礎的能力000
専門的能力8020100