物性物理

科目基礎情報

学校	津山工業高等専門学校	開講年度	令和03年度 (2021年度)
授業科目	物性物理
科目番号	0098	科目区分	一般 / 必修
授業形態	講義	単位の種別と単位数	履修単位: 1
開設学科	総合理工学科(機械システム系)	対象学年	4
開設期	前期	週時間数	2
教科書/教材	教科書：藤本晶著　基礎電子工学　森北出版参考書：伊藤國雄・原田寛治著　電気電子材料　電気書院
担当教員	香取 重尊,原田 寛治,中村 重之,山本 綱之

到達目標

学習目的：量子力学の基礎的な知識の習得にはじまり，電子デバイスに使われる半導体工学について学習すると共に，導体、半導体、絶縁体の基礎的事項を習得することを目的とする。

到達目標：
1. 簡単な量子力学について説明できる。
2. 半導体のエネルギー帯構造について説明できる。
3. ｐｎ接合とダイオードについて説明できる。
4. 導電，半導体，磁性などの物性を説明できる。
5. 単に物性的な特性だけでなく経済性を考慮した材料を説明できる。

ルーブリック

	優	良	可	不可
評価項目1	ボーア条件から水素原子の電子の軌道半径と全エネルギーを求められる．	粒子と波動の二重性，ボーアの仮説，ド・ブロイ波を説明できる．	参考書を利用して、粒子と波動の二重性，ボーアの仮説，ド・ブロイ波を説明できる．	粒子と波動の二重性，ボーアの仮説，ド・ブロイ波を説明できない．
評価項目2	半導体のエネルギー帯構造の形成についてメカニズムを説明できる．	半導体のエネルギー帯構造について伝導帯，禁制帯，価電子帯の図が描ける．導体，半導体，絶縁体のエネルギー帯構造の違いを説明できる．	参考書の半導体のエネルギー帯構造の図面を利用して、導体，半導体，絶縁体のエネルギー帯構造の違いを説明できる．	半導体のエネルギー帯構造について伝導帯，禁制帯，価電子帯の図が描けない．導体，半導体，絶縁体のエネルギー帯構造の違いを説明できない
評価項目3	ダイオードの整流作用について式を使って定量的に説明できる．	pn接合のエネルギー準位図を描ける．ダイオードの整流作用についてエネルギー準位図を用いて定性的に説明できる。	参考書のpn接合のエネルギー準位図を利用して、ダイオードの整流作用について定性的に説明できる。	pn接合のエネルギー準位図を描けない．ダイオードの整流作用についてエネルギー準位図を用いて定性的に説明できない．
評価項目4	導電，半導体，磁性などの物性について説明でき，それらの材料に関する問題を計算することができる。	導電，半導体，磁性などの物性について説明でき，一部の材料について，計算問題を解決できる。	導電，半導体，磁性などの物性について説明でき，講義ノートを見て一部の材料に関する計算問題ができる。	導電，半導体，磁性などの物性について説明できず，講義ノートを見ても一部の材料に関する計算問題ができない。
評価項目5	各用途で用いられる材料について，単に物性的な特性だけでなく，経済性を考慮した材料を説明できる。	各用途で用いられる一部の材料について，おおまかな物性的な特性や，経済性を考慮した材料を説明できる。	各用途で用いられる一部の材料について，おおまかな物性的な特性を考慮した材料ついて説明できる。	各用途で用いられる一部の材料について，おおまかな物性的な特性を考慮した材料ついて説明できない。

教育方法等

概要:

一般・専門の別：一般　学習の分野：電気・電子

基礎となる学問分野：工学／工学基礎

学習教育目標との関連：本科目は総合理工学科学習教育目標 「③基盤となる専門性の深化」に相当する科目である。

技術者教育プログラムとの関連：本科目が主体とする学習･教育到達目標は「（Ａ）技術に関する基礎知識の深化, Ａ－２：「電気・電子」, 「情報・制御」に関する専門分野の知識を修得し, 説明できること」である。

授業の概要：この授業では，電子の振る舞いに関係した物性論を取り扱う。導体、半導体、絶縁体に関する必要な基礎知識を養う。

授業の進め方・方法:

授業の方法：１週２単位時間で開講する（板書を中心の講義）。理解が深まるように適宜演習問題をしながら進めていく。状況に応じてレポートも課す。

成績評価方法：
定期試験の結果を同等に評価する（70％）。
課題と小テスト結果を評価する（30％）。理解度が不十分であると感じられる部分は補講を行い，再試を行う場合もある。
再試の結果は上限60点として定期試験結果に入れる。定期試験は筆記用具・電卓以外の持ち込みを禁止する。

注意点:

履修上の注意：学年の課程修了のために、本科目履修（欠課時間数が所定授業時間数の３分の１以下）が必須である。

履修のアドバイス：
・事前に行う準備学習として，基礎科目となる電気基礎の内容を復習しておくこと。
・電気・電子分野の専門科目の基礎科目なので，じっくりと取り組むこと。

基礎科目：電子回路Ⅰ（3年），物理Ⅰ,Ⅱ（1, 2），化学Ⅰ,Ⅱ（2, 3）
関連科目：電子工学（４年），電気電子材料（5），電子回路Ⅱ（4），電子デバイス（専２），応用物理Ⅰ,Ⅱ（4,5），量子科学（5）

受講上のアドバイス：授業の開始時に出欠をとり，そのときにいない学生は遅刻とする。
遅刻３回で１欠課とする。
板書される内容を理解しながらノートに取ることを薦める。その日にノートを見返して理解不足の箇所を明確にし，次の授業で質問するように心掛けること。

授業の属性・履修上の区分

遠隔授業対応

必履修

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	ガイダンス、古典力学（ニュートン力学）の復習
		2週	原子中の電子〔ボーアのモデル，量子数，パウリの排他律〕	ボーアのモデル，量子数，パウリの排他律
		3週	固体のエネルギー帯 （エネルギー準位，エネルギー帯）	エネルギー準位，エネルギー帯
		4週	金属の導電現象と空孔率	電子の散乱と抵抗
		5週	格子の粒子数と球の占める体積比	空孔率＆体積率
		6週	超伝導体の基本	抵抗と電子対
		7週	（前期中間試験）
		8週	試験の答案返却と試験解説，超伝導材料，超伝導材料の応用	MRIとリニアモーターカー
	2ndQ
		9週	液晶材料とLiイオン電池	液晶と電池
		10週	磁性材料の基礎と高透磁率材料	磁性材料とBH曲線
		11週	永久磁石材料	磁性材料とBH曲線
		12週	半導体材料の作製方法	シリコンの純度
		13週	成長型トランジスタとMOSFETの作製方法	バイポーラトランジスタとニュニポーラトランジスタ
		14週	化合物半導体とレーザー	レーザーの発振条件
		15週	（前期末試験）
		16週	前期末試験の答案返却と試験解説

評価割合

	試験	発表	相互評価	自己評価	課題	小テスト	合計
総合評価割合	70	0	0	0	30	0	100
基礎的能力	0	0	0	0	0	0	0
専門的能力	70	0	0	0	30	0	100
分野横断的能力	0	0	0	0	0	0	0