到達目標
・エネルギーバンドモデルの内容とこれの利用法について説明できること。
・pn接合の構成と動作機構を説明できること。
・バイポーラトランジスタの動作を説明できること。
・MIS構造の特性とMOSトランジスタの動作機構を説明できること。
・集積化の意義とICの製作法を説明できること。
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 |
| エネルギーバンドモデルの内容とこれの利用法，pn接合の構成と動作機構を説明できること
| エネルギーバンドモデルの内容とこれの利用法，pn接合の構成と動作機構を説明できる | 参考資料を基に，エネルギーバンドモデルの内容とこれの利用法，pn接合の構成と動作機構を説明できる | エネルギーバンドモデルの内容とこれの利用法，pn接合の構成と動作機構を説明できない |
| バイポーラトランジスタの動作を説明できること | バンドモデルを用いてバイポーラトランジスタの動作を説明できる | 簡単な模式図をバイポーラトランジスタの動作を説明できる | バイポーラトランジスタの動作を説明できない |
| MIS構造の特性とMOSトランジスタの動作機構を説明できること | MIS構造の特性とMOSトランジスタの動作機構を説明できる | MIS構造の特性とMOSトランジスタの基本的な動作機構を説明できる | MIS構造の特性とMOSトランジスタの動作機構を説明できない |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
【開講学期】春学期、夏学期における集中講義
本コースの教育目標の一つは、電気工学分野の知識と技術を修得することである。コンピュータをはじめ、ほとんどの電子機器にはダイオード、トランジスタのような半導体デバイスが使用され、これらの機器の動作の中心的役割を担っている。本科目では、半導体の性質と主要な半導体デバイスの動作機構を理解し、各種電子回路中での半導体デバイスの役割をよく理解すること、および、さらに高度な内容を理解し、発展することが出来る能力を身につけることを目標にする。
授業の進め方・方法:
半導体デバイスの動作を理解するためには、半導体のエネルギーバンドモデルを理解しなければならない。このため、まず、価電子帯、電導帯、禁制帯からなる半導体のエネルギーバンドモデルを理解させ、これを用いて半導体の導電機構を考える。そしてこのエネルギーバンドモデルを用いて、ｐｎ接合、各種トランジスタの動作機構を理解する。こうすることによって、さらに高度な内容に自ら進むことができるようにする。このような基礎的な事柄から、オプトエレクトロニクスの基礎まで、トピックを交えながら一通り勉強する。
最初に、半導体の結晶構造、エネルギーバンドモデル、導電機構、不純物の役割等について学ぶ。続いて本導体デバイスの要であるpn接合の構成及び特性を少し詳しく説明した後、接合形トランジスタ（バイポーラ形トランジスタ）、およびｐｎ接合を利用したオプトエレクトロニクス素子（太陽電池、発光ダイオードなど）の動作を学ぶ。この後、電界効果トランジスタ（ユニポーラ形トランジスタ、FET）、特に、非常に多く使用されているMIS構造を用いたMOSトランジスタについて説明する。これら個別素子の動作機構を理解した後、集合としての集積回路（IC）の構造、製作法、動作を学び、ICの特徴、集積化の意義を理解する。
評価は、試験80%，小テスト20%、合計100点満点として、60点以上合格とする。答案は採点後返却し、達成度を伝達する。
総合評価で60点未満の場合、到達度試験の補充試験を行い、最大70点まで再評価し、補充試験80%、小テスト・20％として評価をする。
注意点:
・できるだけ授業時間中に要点を理解し、覚えてほしい。
・このためには、授業前に教科書に目を通す、いわゆる予習が大切である。
・ときどきミニテストを行うので、復習を行うこと。
授業の属性・履修上の区分
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
電子と結晶、エネルギー帯と自由電子、半導体のキャリア |
電子と結晶、エネルギー帯と自由電子、半導体のキャリアについて説明できる
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| 2週 |
キャリア密度とフェルミ準位、半導体の電気伝導、ｐｎ接合とダイオード |
キャリア密度とフェルミ準位、半導体の電気伝導、ｐｎ接合とダイオードについて理解する
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| 3週 |
ダイオードの接合容量と降伏、光電素子、バイポーラトランジスタ |
ダイオードの接合容量と降伏、光電素子、バイポーラトランジスタの動作について説明できる
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| 4週 |
接合型ＦＥＴ、金属－半導体接触、ＭＩＳ ＦＥＴ |
接合型ＦＥＴ、金属－半導体接触、ＭＩＳ ＦＥＴの特性について説明できる
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| 5週 |
集積回路、半導体デバイスの作製技術、まとめ、到達度試験 |
集積回路、半導体デバイスの作製技術について説明できる
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| 6週 |
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| 7週 |
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| 8週 |
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| 2ndQ |
| 9週 |
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| 10週 |
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| 11週 |
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| 12週 |
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| 13週 |
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| 14週 |
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| 15週 |
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| 16週 |
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
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| 2週 |
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| 3週 |
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| 4週 |
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| 5週 |
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| 6週 |
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| 7週 |
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| 8週 |
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| 4thQ |
| 9週 |
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| 10週 |
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| 11週 |
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| 12週 |
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| 13週 |
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| 14週 |
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| 15週 |
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| 16週 |
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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 |
| 専門的能力 | 分野別の専門工学 | 電気・電子系分野 | 電子工学 | 真性半導体と不純物半導体を説明できる。 | 4 | 前1,前2 |
| 半導体のエネルギーバンド図を説明できる。 | 4 | 前1,前2 |
| pn接合の構造を理解し、エネルギーバンド図を用いてpn接合の電流―電圧特性を説明できる。 | 4 | 前2,前3 |
| バイポーラトランジスタの構造を理解し、エネルギーバンド図を用いてバイポーラトランジスタの静特性を説明できる。 | 4 | 前2,前3 |
| 電界効果トランジスタの構造と動作を説明できる。 | 4 | 前4 |
評価割合
| 試験 | 小テスト | 合計 |
| 総合評価割合 | 80 | 20 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 80 | 20 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 |