半導体工学

科目基礎情報

学校	香川高等専門学校	開講年度	令和04年度 (2022年度)
授業科目	半導体工学
科目番号	4040	科目区分	専門 / 選択
授業形態	授業	単位の種別と単位数	履修単位: 2
開設学科	情報工学科（2018年度以前入学者）	対象学年	5
開設期	通年	週時間数	2
教科書/教材	教科書：高橋清 著「森北電気工学シリーズ４ 半導体工学 第３版」 森北出版
担当教員	矢木 正和

到達目標

量子力学や統計力学の基本を理解し，半導体を含む固体の熱や光との相互作用や半導体デバイスの動作などを定性的に説明できるようになることを目標とする。

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
量子力学や統計力学の基本事項	量子力学や統計力学の基本を理解し，波動方程式による帯理論の導出の考え方を説明できる。	量子力学や統計力学の基本を知っており，エネルギー帯図を用いて絶縁体，半導体，導体を説明できる。	量子力学や統計力学の基本を知っておらず，エネルギー帯図を用いて絶縁体，半導体，導体を説明できない。
半導体の種類と電気伝導の基本事項	半導体の種類について理解しており，それらの電気伝導について十分説明できる。	半導体の種類を知っており，それらの電気伝導の概要を説明できる。	半導体の種類を知っておらず，それらの電気伝導の概要を説明できない。
ｐ－ｎ接合，ダイオード，トランジスタの基本事項	ｐ－ｎ接合についてよく理解しており，ダイオード，トランジスタの特性について，定性的に説明できる。	ｐ－ｎ接合について理解しており，ダイオード，トランジスタの特性について，定性的に概ね理解している。	ｐ－ｎ接合について理解しておらず，ダイオード，トランジスタの特性について，定性的に理解できていない。
半導体における光吸収と発光の基礎	光吸収および発光の基本をよく理解し，光吸収スペクトルや発光スペクトルについて十分に説明できる。	光吸収および発光の基本を理解し，光吸収スペクトルや発光スペクトルの概要を説明できる。	光吸収および発光の基本を理解しておらず，光吸収スペクトルや発光スペクトルの概要を説明できない。

教育方法等

概要:

　半導体工学は，物質内の電子の振る舞いや光との相互作用を学べる非常に興味深い科目であり，現代の科学技術発展の基盤となっている分野である。この授業では，半導体のみならず固体の様々な物理現象を感覚的に理解し，半導体物性や半導体デバイスの動作を俯瞰できるよう配慮して講義する。

授業の進め方・方法:

　この授業では，半導体のみならず固体の様々な物理現象を感覚的に理解し，半導体物性や半導体デバイスの動作を俯瞰できるよう配慮して講義する。各種モデルやグラフの意味するところを中心に説明し，極微の世界に興味を持てる内容としたい。教科書に沿って板書中心に進める。

注意点:

オフィスアワー：木曜日８限目（他の校務で不在の場合も多いため，授業の時などに来室の日時を相談してください。適宜，対応します。）

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 量子力学とは	半導体工学を学ぶ上で必要な量子力学の基本事項について知っている 。　　　D1:1,2
		2週	光と電子の粒子性と波動性	半導体工学を学ぶ上で必要な量子力学の基本事項について知っている 。
		3週	固体の帯理論 単独原子のエネルギー構造	半導体工学を学ぶ上で必要な量子力学の基本事項について知っている 。
		4週	結晶のエネルギー帯	半導体工学を学ぶ上で必要な量子力学の基本事項について知っている 。
		5週	導体・半導体・絶縁体のエネルギー帯構造 Ｅ－ｋ図	エネルギー帯図を用いて絶縁体，半導体，導体を説明できる。　　　 D1:1-3
		6週	単元素半導体と化合物半導体（共有結合とイオン結合），実効質量	単元素半導体と化合物半導体を知っている。実効質量を説明できる。　　　D2:1-3
		7週	統計力学の基礎：　エネルギー分布則，フェルミ・ディラックの分布関数	半導体工学を学ぶ上で必要な統計力学の基本事項について説明できる。　　　D1:1,2
		8週	半導体の電気伝導機構：　歴史的経緯，電気伝導現象，光導電効果	半導体の電導機構等，キャリアの振る舞いに関する基本事項について説明できる。　　　D2:1-3
	2ndQ
		9週	不純物半導体，常温の熱エネルギー	不純物半導体について説明できる。 温度から熱エネルギーを導出できる。
		10週	化合物半導体の伝導形制御，表面準位	化合物半導体の伝導形制御や表面準位について説明できる。
		11週	真性半導体中のキャリア濃度，フェルミ準位	真性半導体中のキャリア濃度やフェルミ準位について説明できる。
		12週	不純物半導体中のキャリア濃度，フェルミ準位	不純物半導体中のキャリア濃度やフェルミ準位について説明できる。
		13週	キャリアの生成・再結合，直接遷移型・間接遷移型	キャリアの生成・再結合や直接遷移型・間接遷移型について説明できる。
		14週	まとめ，復習
		15週	期末試験
		16週	テスト返却と解説
後期
	3rdQ
		1週	ｐ-ｎ接合：　熱平衡状態，順バイアス，逆バイアス	ｐ-ｎ接合（ダイオード）の基本事項について説明できる。　　　D2:1-3
		2週	整流性の定性的説明	ダイオードの整流性について定性的に説明できる。
		3週	逆方向降伏現象，接合容量，トンネルダイオード	逆方向降伏現象，接合容量，トンネルダイオードについて説明できる。　　　D2:1-3
		4週	トランジスタ	トランジスタの基本事項について説明できる。　　　D2:1-3
		5週	半導体の光吸収と発光：　光の反射・吸収・透過	光の反射・吸収・透過の関係が説明できる。　　　D2:1-3
		6週	半導体における光吸収，内閣電子の遷移による光吸収，基礎吸収	半導体による光吸収の概要について知っている。
		7週	励起子吸収，局在準位の関与した吸収，伝導吸収	半導体による光吸収の概要について知っている。
		8週	半導体における光吸収，バンド間遷移による発光，励起子発光，局在準位の関与した発行	半導体による発光の概要について知っている。
	4thQ
		9週	ＤＡ対発光，DA対発光の特徴，時間分解スペクトル	DA対発光の概要や特徴について知っている。
		10週	重要な発光素子材料	重要な発光素子材料の発光起源を説明できる
		11週	発光ダイオード　自然放出　LED素子の例・特徴	発光ダイオードの基本を理解し，その概要が説明できる。
		12週	DVD：　脅威の半導体産業	半導体産業の概要について，俯瞰的に理解している。
		13週	DVD：　トランジスタの誕生	トランジスタ誕生までの開発の歴史を知っている。
		14週	まとめ，復習
		15週	期末試験
		16週	テスト返却と解説

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	電子回路	ダイオードの特徴を説明できる。	4	後1,後2,後3,後11
				バイポーラトランジスタの特徴と等価回路を説明できる。	4	後4

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	100	0	0	0	0	0	100
専門的能力	100	0	0	0	0	0	100
	0	0	0	0	0	0	0