到達目標
１．シュレディンガー方程式の簡単な応用ができる。
２．固体のエネルギーバンド理論を説明できる。
３．半導体デバイスの基礎を理解できる。
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の導出ができ、井戸形ポテンシャルや水素原子の問題が解ける。 | 井戸形ポテンシャルや水素原子の問題が解ける。 | 井戸形ポテンシャルや水素原子の問題が解けない。 |
| エネルギバンド理論 | 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。
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| 半導体デバイス | 半導体デバイスの構造、特性および動作原理が説明できる。 | 半導体デバイスの構造と特性が説明できる。 | 半導体デバイスの構造や特性が説明できない。 |
学科の到達目標項目との関係
教育方法等
概要:
半導体デバイスでは、量子力学の基礎から入り、シュレディンガー方程式とエネルギバンド理論を学習した後で、これらの知識をもとに半導体デバイスの動作原理や特性を学ぶ。半導体デバイスとして、フォトダイオード、フォトトランジスタ、発光ダイオード、レーザーダイオード、ホール素子、サーミスタを扱う。
授業の進め方・方法:
授業方法は講義を中心として進め、適宜演習を行う。中間試験は行わず課題の提出を求める。準学士課程の出身学科により半導体分野の基礎知識に差があることを考慮して講義を進める。
注意点:
一回の授業90分に対して、それぞれ90分以上の予習復習を行うこと。また演習問題を課すので、授業時間外で解き理解を深めることに役立てること。
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 |
量子力学の基礎１ |
熱放射、光電効果、物質波について概要を説明できる。
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| 3週 |
量子力学の基礎２ |
ボーアの原子モデルから原子のもつエネルギが量子化されることを説明できる。
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| 4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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| 5週 |
シュレディンガー方程式２ |
シュレディンガー方程式を用いて井戸形ポテンシャルや水素原子の問題を解くことができる。
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| 6週 |
エネルギーバンド理論 |
固体中のエネルギバンド理論を定性的に説明できる。
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| 7週 |
クローニッヒ・ペニーモデル |
エネルギバンド理論を半定量的に説明できる。
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| 8週 |
演習 |
有限の深さをもつ井戸形ポテンシャル中の電子がもつエネルギを数値計算により求めることができる。
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| 2ndQ |
| 9週 |
半導体の基本的性質 |
真性半導体、外因性半導体、pn接合の概要を説明できる。
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| 10週 |
半導体センサ１ |
半導体を用いた光センサの動作原理を説明できる。
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| 11週 |
半導体センサ２ |
半導体を用いた磁気センサ、温度センサの動作原理を説明できる。
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| 12週 |
光の吸収と放出 |
半導体における光の吸収と放出の機構を説明できる。
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| 13週 |
発光デバイス１ |
発光ダイオードの動作原理を説明できる。
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| 14週 |
発光デバイス２ |
レーザーダイオードの動作原理を説明できる。
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| 15週 |
後期定期試験 |
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| 16週 |
答案返却・解答解説 |
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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 | 電子の電荷量や質量などの基本性質を説明できる。 | 3 | 前2 |
| エレクトロンボルトの定義を説明し、単位換算等の計算ができる。 | 3 | 前2 |
| 原子の構造を説明できる。 | 3 | 前3 |
| 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 | 前5 |
| 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。 | 3 | 前7 |
| 真性半導体と不純物半導体を説明できる。 | 3 | 前9 |
| 半導体のエネルギーバンド図を説明できる。 | 3 | 前9 |
評価割合
| 試験 | 発表 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 60 | 0 | 0 | 0 | 40 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 60 | 0 | 0 | 0 | 40 | 0 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |