到達目標
【目的】本授業の目的は、材料の諸性質を電子のはたらきから理解しエレクトロニクスの分野でどのように利用されているかを学ぶために必要な考え方を修得することである。
【到達目標】
１． 原子の構造を理解し、説明することができる。
２．エネルギー帯構造を理解し、電子の振る舞いを説明することができる。
３． 材料の光学的性質など各種性質を理解し、説明することができる。
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 | 量子論的原子モデルを正しく理解し、用語を用いて的確に説明することができる。 | 原子の構造を理解し、説明することができる。 | 原子の構造を説明することができない。 |
| 評価項目2 | エネルギー帯構造を正しく理解し、用語を用いて電子の振る舞いを説明することができる。 | エネルギー帯構造を理解し、電子の振る舞いを説明することができる。 | エネルギー帯構造を説明することができない。 |
| 評価項目3 | 材料の光学的性質などの各種性質を理解し、各種の現象やデバイスの動作を説明することができる。 | 材料の光学的性質など各種の性質を理解し、説明することができる。 | 材料の光学的性質など各種の性質を説明することができない。 |
学科の到達目標項目との関係
JABEE (c)
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JABEE (d)
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JABEE (e)
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学習・教育目標 C4
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学習・教育目標 C6
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教育方法等
概要:
材料の諸性質を電子のはたらきから理解しエレクトロニクスの分野でどのように利用されているかを学ぶために必要な考え方を修得する。内容は次の通り。１．原子の構造 ２．導電性 ３．半導体の基礎 ４．半導体の光学的性質 ５．半導体の各種性質 ６．誘電体の性質 ７．磁気物性
授業の進め方・方法:
本授業では授業の進度にあわせて課題提出を課し、学生の自発的な学習を促す。事前学習や復習を前提とし、理解度のチェックとして小テストを行うこともある。
注意点:
物理・化学の基礎、電磁気学、固体電子工学を復習しておくこと。
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
ガイダンス |
授業の進め方、評価法について理解する。
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| 2週 |
原子の構造と結晶 |
原子の構造、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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| 3週 |
原子の構造と結晶 |
化学結合と結晶構造、電子のエネルギー準位とエネルギーバンドの形成を理解し、エネルギーバンド図について説明できる。
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| 4週 |
導電性 |
金属の電気伝導メカニズムを理解し、移動度や導電率を計算することができる。
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| 5週 |
結晶の電子状態 |
フェルミ分布を理解し、金属、絶縁体、半導体のエネルギーバンド図を説明することができる。
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| 6週 |
半導体の基礎 |
半導体中のキャリアの拡散、真性半導体と不純物半導体を理解し、説明できる。
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| 7週 |
中間試験 |
原子の構造、導電性、結晶の電子状態、半導体の基礎について説明することができる。
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| 8週 |
pn接合 |
pn接合を理解し、エネルギーバンド図を用いて電流ー電圧特性を説明できる。
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| 4thQ |
| 9週 |
半導体の光学的性質 |
光の吸収・放出、発光について理解し、説明することができる。
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| 10週 |
半導体の光学的性質 |
各種光電変換素子について理解し、説明することができる。
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| 11週 |
半導体の各種性質 |
熱電的性質、磁電的性質を理解し、各種機能性素子について説明することができる。
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| 12週 |
誘電体の性質 |
分極、強誘電現象、絶縁破壊のメカニズムについて説明することができる。
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| 13週 |
磁気物性と超伝導 |
抵抗の温度依存性、磁性、超伝導現象について理解し、説明することができる。
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| 14週 |
量子効果 |
量子効果デバイスについて理解し、説明することができる。
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| 15週 |
期末試験 |
pn接合、半導体の各種性質と機能性デバイスについて説明することができる。
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| 16週 |
振返り |
自分で達成度を評価できる。
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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 | 原子の構造を説明できる。 | 3 | 後2 |
| 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 | 後2 |
| 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 | 後3,後5 |
| 金属の電気的性質を説明し、移動度や導電率の計算ができる。 | 3 | 後4 |
| 真性半導体と不純物半導体を説明できる。 | 3 | 後6 |
| 半導体のエネルギーバンド図を説明できる。 | 3 | 後5 |
| 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。 | 3 | 後8 |
評価割合
| 試験 | 課題 | 相互評価 | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
| 総合評価割合 | 80 | 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 専門的能力 | 80 | 20 | 0 | 0 | 0 | 0 | 100 |
| 分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |