到達目標
□ 半導体とは何かをエネルギーバンドの観点から説明できる。
□ キャリアの輸送現象やpn接合を定性的に説明できる。
□ バイポーラトランジスタの仕組みと動作について、半導体物性工学の観点から説明できる。
□ MOSFET の仕組みと動作について、半導体物性工学の観点から説明できる。
□ 原子の成り立ちを電子の軌道の観点から説明できる。
□ 物質・分子の形成にかかわる結合力の種類と起源を説明できる。
□ 化学反応速度を分子の衝突の観点から説明できる。
□ 反応速度論の立場から化学反応の平衡状態を説明できる。
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 | エネルギーバンド描像にもとづき、金属・半導体・絶縁体の違いを詳しく説明できる。 | エネルギーバンド描像にもとづき、金属・半導体・絶縁体の違いを説明できる。 | エネルギーバンド描像にもとづき、金属・半導体・絶縁体の違いを説明できない。 |
| 評価項目2 | キャリアの輸送現象およびpn接合とは何かを定性的に詳しく説明できる。 | キャリアの輸送現象およびpn接合とは何かを定性的に説明できる。 | キャリアの輸送現象およびpn接合とは何かを定性的に説明できない。 |
| 評価項目3 | バイポーラトランジスタおよび MOSFET の仕組みと動作について、半導体物性工学の観点から詳しく説明できる。 | バイポーラトランジスタおよび MOSFET の仕組みと動作について、半導体物性工学の観点から説明できる。 | バイポーラトランジスタおよび MOSFET の仕組みと動作について、半導体物性工学の観点から説明できない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
半導体デバイスは世の中で様々な用途に使用されており、私たちの生活に不可欠な存在となっています。しかし、半導体デバイスが半導体という物質材料から構成され、その半導体がどの様な物性を有するかは人々にあまり知られていません。半導体デバイスをブラックボックスでなく理解して使えるようになってもらうため、半導体の物性や、それに立脚した半導体デバイスの動作原理解説をできればと考えます。
授業の進め方・方法:
○電子メディア工学の立場に立ち、半導体物性工学を学ぶ。
○まず、物質がどのような条件を満たしたとき半導体と呼ばれることになるかを整理し、絶縁体および金属との関係を把握する。次に、半導体デバイス動作に際した根幹現象であるキャリア輸送について学び、pn接合の働きをエネルギーバンドの観点から理解する。中間試験後は、それまでに得た半導体の動作への理解を元にして、バイポーラトランジスタおよびMOSFETの仕組みと動作を学ぶ。
注意点:
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 |
半導体とは（1） |
半導体材料の例
結晶構造
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| 2週 |
半導体とは（2） |
エネルギーバンド
状態密度
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| 3週 |
半導体とは（3） |
真性半導体
真性キャリア濃度
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| 4週 |
半導体とは（４） |
外因性半導体
ドナーとアクセプタ
レポート
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| 5週 |
キャリアの輸送（1） |
キャリアドリフト
キャリア拡散
比抵抗
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| 6週 |
キャリアの輸送（2） |
キャリア濃度
キャリア生成・再結合
レポート
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| 7週 |
キャリアの輸送（３） |
連続の式
熱電子放出
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| 8週 |
中間試験 |
「半導体」および「キャリアの輸送」に関する試験
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| 2ndQ |
| 9週 |
pn 接合（1） |
熱平衡状態
空乏領域
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| 10週 |
pn 接合（2） |
電流―電圧特性
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| 11週 |
バイポーラトランジスタ（1） |
トランジスタ作用
電流利得
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| 12週 |
バイポーラトランジスタ（2） |
理想トランジスタ電流の静特性
動作モード
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| 13週 |
MOSFET（1） |
MOS とは
FET とは
MOS キャパシタ
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| 14週 |
MOSFET（2） |
オーミック接触
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| 15週 |
期末試験 |
「pn 接合」および「バイポーラトランジスタ」および「MOSFET」に関する試験
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| 16週 |
答案返却
MOSFET（3） |
期末試験問題の解説
MOSFET の基本特性
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評価割合
| 中間試験 | 期末試験 | レポート | 合計 |
| 総合評価割合 | 40 | 40 | 20 | 100 |
| 前期 | 20 | 20 | 10 | 50 |
| 後期 | 20 | 20 | 10 | 50 |