第３学年で学んだバンド理論をもとに半導体の基礎と応用を学ぶ。半導体を設計・開発するために不可欠である。以下の目標を達成すれば、この科目に関係した技術士の一次試験合格、電験２種合格、国際教科書の演習問題の6割以上正答のレベルまで達している。
①半導体の基本的事項が理解できる。
②半導体の電気伝導及びキャリヤの振る舞いが理解できる。
③ｐｎ接合及び金属―半導体接合が理解できる。
④各種半導体デバイスの原理が理解できる。
概要:
第３学年で学んだバンド理論をもとに半導 体の基礎と応用を学ぶ。半導体を設計・開発 するために不可欠である。以下の目標を達成 すれば、この科目に関係した技術士の一次試 験合格、電験２種合格、国際教科書の演習問 題の 6 割以上正答のレベルまで達している。 ①半導体の基本的事項が理解できる。 ②半導体の電気伝導及びキャリヤの振る舞い が理解できる。 ③ｐｎ接合及び金属―半導体接合が理解でき る。 ④各種半導体デバイスの原理が理解できる。
授業の進め方・方法:
パワーポイント及び板書による授業を行う。パワーポイント資料は一部穴あきで配布する。
授業の最後に必ず課題を科す。難解な式はできるだけ省き、物理的な意味などを定性的に理解できるように授業を行う。最先端の電子デバイスおよびその原理などについて解説する。演習問題及び課題はその日のうちに解くことが大切である。
技術士の一次試験、電験、教科書演習問題に相当した出題の 6 割 以上正答すること。成績評価への重みは均等である。 ①半導体の基礎を説明でき、基本問題に関する計算が６割以上でき る。 ②半導体の電気伝導及びキャリヤの振る舞い等を説明でき、基本問 題に関する計算が６割以上できる。 ③ダイオードやトランジスタの動作原理を説明でき、基本問題に関 する計算が６割以上できる。 ④各種半導体デバイスの動作原理を説明でき、関連の基本問題に関 する計算が６割以上できる。
英語導入計画：Documents(50%)
注意点:
前期：中間試験 100 点＋期末試験 100 点＋教室外学修 50 点の合計の 得点率（％） 後期：中間試験 100 点＋期末試験 100 点＋教室外学修 50 点の合計の 得点率（％） 学年：前・後期の重みを等しくして合計し得点率（％）で成績をつけ る。
学習・教育目標 （D－2 材料・バイオ系）1００％ JABEE 基準１（１）：（ｄ）
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
| 前期 |
| 1stQ |
| 1週 |
半導体とその種類 元素半導体、化合物半導体、真性半導体、不純物半導体など用語の定義（ALのレベル C） |
半導体とその種類 元素半導体、化合物半導体、真性半導体、不純物半導体など用語の定義について理解する（教室外学修）半導体に関する基礎的な演習問題
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| 2週 |
ボーアの理論 ボーアの仮説から水素モデルまでを復習（ALのレベル C） |
ボーアの理論 ボーアの仮説から水素モデルについて理解する（教室外学修）水素モデル関する基礎的な演習問題
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| 3週 |
固体のエネルギー帯 帯理論を復習（ALのレベル C） |
固体のエネルギー帯、帯理論について理解する（教室外学修）帯理論に関する基礎的な演習問題
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| 4週 |
結晶内電子の速度と有効質量 負の有効質量の概念を説明（ALのレベル C） |
結晶内電子の速度と有効質量 負の有効質量の概念について理解する（教室外学修）有効質量に関する基礎的な演習問題
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| 5週 |
電気伝導による固体の分類 導体、半導体、絶縁体のバンド理論からの説明（ALのレベル C） |
電気伝導による固体の分類 導体、半導体、絶縁体のバンド理論からの説明について理解する（教室外学修）電気伝導に関する基礎的な演習問題
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| 6週 |
半導体のキャリヤ フェルミ・ディラックの物理関数の物理的な意味（ALのレベル C） |
半導体のキャリヤ フェルミ・ディラックの物理関数の物理的な意味について理解する（教室外学修）キャリヤ密度に関する基礎的な演習問題
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| 7週 |
キャリヤ密度とフェルミ準位 温度依存性 ｎｐ積が一定であることの物理的な意味（ALのレベル C） |
キャリヤ密度とフェルミ準位 温度依存性 ｎｐ積が一定であることの物理的な意味について理解する（教室外学修）np積一定を利用した演習問題
中間までの総合演習問題及び復習
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| 8週 |
中間試験 |
以上の達成目標を達成していること
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| 2ndQ |
| 9週 |
外因性半導体のキャリヤ密度とフェルミ準位（ALのレベル C） |
外因性半導体のキャリヤ密度とフェルミ準位について理解する（教室外学修）外因性半導体に関する基礎的な演習問題
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| 10週 |
半導体の電気伝導 ドリフト電流（ALのレベル C） |
半導体の電気伝導 ドリフト電流について理解する（教室外学修）ドリフト電流に関する基礎的な演習問題
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| 11週 |
半導体の抵抗率（ALのレベル C） |
半導体の抵抗率について理解する（教室外学修）半導体の抵抗率に関する基礎的な演習問題
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| 12週 |
半導体の電気伝導 拡散電流（ALのレベル C） |
半導体の電気伝導 拡散電流について理解する（教室外学修）拡散電流に関する基礎的な演習問題
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| 13週 |
キャリヤ連続の式（ALのレベル C） |
キャリヤ連続の式について理解する（教室外学修）キャリヤ連続の式に関する基礎的な演習問題
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| 14週 |
ホール効果・磁気抵抗素子（ALのレベル C） |
ホール効果・磁気抵抗素子について理解する（教室外学修）ホール起電力に関する基礎的な演習問題
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| 15週 |
期末試験 |
以上の達成目標を達成していること
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| 16週 |
期末試験の解答・解説 ｐｎ接合（ALのレベル C） |
期末範囲の理解とｐｎ接合について理解する（教室外学修）pn接合の基本問題演習
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| 後期 |
| 3rdQ |
| 1週 |
ｐｎ接合の電流電圧特性（ALのレベル C） |
ｐｎ接合の電流電圧特性について理解する（教室外学修）pn接合の電流電圧特性の演習問題
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| 2週 |
ｐｎ接合容量（ALのレベル C） |
ｐｎ接合容量について理解する（教室外学修）pn接合容量の傾斜接合計算
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| 3週 |
ｐｎ接合の空乏層容量と拡散容量（ALのレベル C） |
ｐｎ接合の空乏層容量と拡散容量について理解する（教室外学修）pn接合容量に関する基礎的な演習問題
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| 4週 |
バイポーラトランジスタの動作原理（ALのレベル C） |
バイポーラトランジスタの動作原理について理解する（教室外学修）バイポーラトランジスタに関する基礎的な演習問題
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| 5週 |
バイポーラトランジスタの電流増幅率（ALのレベル C） |
バイポーラトランジスタの電流増幅率について理解する（教室外学修）電流増幅率に関する基礎的な演習問題
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| 6週 |
接合形ＦＥＴの動作原理（ALのレベル C） |
接合形ＦＥＴの動作原理について理解する（教室外学修）接合形 FET に関する基礎的な演習問題 中間までの総合演習問題及び復習
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| 7週 |
中間試験 |
以上の達成目標を達成していること
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| 8週 |
接合形ＦＥＴの相互コンダクタンス（ALのレベル C） |
接合形ＦＥＴの相互コンダクタンスについて理解する（教室外学修）相互コンダクタンスのモデル化
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| 4thQ |
| 9週 |
金属―半導体接触とショットキー障壁（ALのレベル C） |
金属―半導体接触とショットキー障壁について理解する（教室外学修）金属―半導体接触のエネルギー図
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| 10週 |
金属―半導体接触のオーミック接触（ALのレベル C） |
金属―半導体接触のオーミック接触について理解する（教室外学修）金属―半導体接触に関する基礎的な演習問題
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| 11週 |
ＭＩＳ ＦＥＴ構造ゲートの動作（ALのレベル C） |
ＭＩＳ ＦＥＴ構造ゲートの動作について理解する（教室外学修）MIS動作に関する基礎的な演習問題
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| 12週 |
ＭＩＳ ＦＥＴ構造ゲートの反転層の解析（ALのレベル C） |
ＭＩＳ ＦＥＴ構造ゲートの反転層の解析について理解する（教室外学修）MIS反転層の解析に関する基礎的な演習問題
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| 13週 |
光導電効果と光起電力効果（ALのレベル C） |
光導電効果と光起電力効果について理解する（教室外学修）光導電効果と光起電力効果に関する基礎的な演習問題
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| 14週 |
発光デバイス（ALのレベル C） |
発光デバイスについて理解する（教室外学修）レーザに関するに関する基礎的な演習問題
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| 15週 |
期末試験 |
以上の達成目標を達成していること
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| 16週 |
期末試験の解答・解説 最新の半導体の紹介 |
期末試験の解答・解説 最新の半導体の紹介について理解する
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| 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 | 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 | |
| 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。 | 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 | |
| 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 | |