到達目標
１．シュレディンガー方程式を理解し、固体中の電子の振る舞いを定量的に取り扱うことができる。
２．エネルギバンド構造を理解し、これをもとに半導体の基本的な性質を説明できる。
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 |
| シュレディンガー方程式 | シュレディンガー方程式を導出でき、井戸形ポテンシャルの問題を解くことができる。 | 簡単な井戸形ポテンシャルの問題が解ける。 | 簡単な井戸形ポテンシャルの問題が解けない。 |
| エネルギバンド構造 | エネルギバンド構造を定量的に説明できる。 | エネルギバンド構造を定性的に説明できる。 | エネルギバンド構造を定性的に説明できない。 |
| 真性半導体 | 真性半導体のキャリア密度を定量的に説明できる。 | 真性キャリア密度を定性的に説明できる。 | 真性キャリア密度を定性的に説明できない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
電子工学Ⅲでは、シュレディンガー方程式、エネルギバンド構造、真性半導体半導体のキャリア密度について学ぶ。３学年で学習した電子工学Ⅰはやや定性的に扱った項目を、ここでは定量的な取り扱いで行う。
授業の進め方・方法:
授業はパワーポイント視聴形式の遠隔で進め、適宜演習を行う。３学年で学習した電子工学１が基礎となるので、必要に応じてこれの復習も行う。遠隔授業で出した小課題はポートフォリオとして評価し、中間試験の代わりに授業中に行った演習問題は下の評価割合にしたがい評価する。
注意点:
量子力学の初歩的な本を読むことを奨励する。特に啓蒙書の部類は量子力学のイメージをつかむのに適当である。
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 |
ガイダンス |
授業の目標や進め方、必要な知識、成績評価の方法について理解する。
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| 2週 |
電子の粒子性と波動性 |
電子に粒子性と波動性があることを理解する。
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| 3週 |
シュレディンガー方程式１ |
波動性をもつ電子の振る舞いを記述するシュレディンガー方程式を導くことができる。
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| 4週 |
シュレディンガー方程式２ |
一次元の箱の中の電子についてシュレディンガー方程式を解ける。
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| 5週 |
シュレディンガー方程式３ |
三次元の箱の中の電子についてシュレディンガー方程式を解ける。
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| 6週 |
シュレディンガー方程式４ |
三次元の問題で現れたエネルギー準位の縮退とパウリの排他律を理解し、原子の電子配置を説明できる。
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| 7週 |
フェルミエネルギ－ |
固体中のフェルミエネルギーを計算できる。
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| 8週 |
演習問題 |
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| 2ndQ |
| 9週 |
状態密度 |
半導体のキャリア密度計算に必要な状態密度を理解する。
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| 10週 |
フェルミ・ディラックの分布関数 |
半導体のキャリア密度計算に必要なフェルミ・ディラックの分布関数を理解する。
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| 11週 |
エネルギーバンド理論１ |
孤立原子からの近似、集団電子からの近似を用いて定性的にエネルギバンド理論を理解する。
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| 12週 |
エネルギーバンド理論２ |
クローニッヒ・ペニーのモデルを用いて半定量的にエネルギバンド理論を理解する。
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| 13週 |
運動量空間と有効質量 |
波数とエネルギの関係およびそこから導き出せる有効質量について理解する。
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| 14週 |
真性半導体のキャリア密度１ |
状態密度とフェルミ・ディラックの分布関数を用いて、真性半導体のキャリア密度を計算することができる。
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| 15週 |
真性半導体のキャリア密度２ |
真性半導体のキャリア密度の式から、真性半導体のフェルミエネルギやpn積一定の法則を導ける。
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| 16週 |
前期定期試験 |
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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 | パウリの排他律を理解し、原子の電子配置を説明できる。 | 3 | |
| 結晶、エネルギーバンドの形成、フェルミ・ディラック分布を理解し、金属と絶縁体のエネルギーバンド図を説明できる。 | 4 | |
| 真性半導体と不純物半導体を説明できる。 | 4 | |
| 半導体のエネルギーバンド図を説明できる。 | 4 | |
評価割合
| 試験 | 演習問題 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 50 | 40 | 0 | 0 | 10 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 50 | 40 | 0 | 0 | 10 | 0 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |