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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 222222 科目区分 専門 / 選択
授業形態 講義 単位の種別と単位数 学修単位: 2
開設学科 創造工学専攻（電気情報工学コース）（2023年度以前入学者） 対象学年 専2
開設期 前期 週時間数 2
教科書/教材
担当教員 鹿間 共一

到達目標

これまでになっらった半導体についてさらに深い観点から説明することが出来る
pn接合における2次的効果についても説明することが出来る
BJTの特性についてベースにおけるキャリヤ分布から説明することが出来る
MOSFETについてバンド構造と絡め説明することが出来る

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
半導体のの特性とPN接合の特性半導体とPN接合について基本的な物理現象を数式を種々の問題に応用することができる半導体とPN接合について基本的な物理現象数式を用いて説明できる半導体とPN接合について基本的な物理現象をすうっ式を用いて説明できない
バイポーラトランジスタ（JBT)JBTの特性を数式を用いて説明することが出来るJBTの特性を数式を用いて説明することが出来るJBTの特性を数式を用いて説明することが出来ない
MOSFETバンド図や数式を用いてMOSダイオードやMOSFETの特性を説明することが出来るバンド図を用いてMOSダイオードやMOSFETの特性を説明することが出来るバンド図を用いてMOSダイオードやMOSFETの特性を説明することが出来ない

学科の到達目標項目との関係

学習・教育目標 B-3 説明 閉じる

教育方法等

概要:
今までに習った電子デバイスに関する知識を深める。後半では、バイポーラトランジスタおよびMOSFETにおけるキャリヤの挙動を定量的に取り扱い、そこで起こっている現象を理解する。
この科目は企業等においてデバイス開発の実務経験のある教員により半導体技術の内容を含んだ授業内容を講義形式で実施される。
授業の進め方・方法:
はじめに量子論の基礎について講義を行い，その後学習内容にしたがってスライドを示し、講義を進めてゆく。また、授業ノートを作成し、授業後ノートを使って復習点を行い、次回の授業において疑問点を質問すること。
注意点:

授業の属性・履修上の区分

アクティブラーニング
ICT 利用
遠隔授業対応
実務経験のある教員による授業

授業計画

週 授業内容 週ごとの到達目標
前期
1stQ
1週 深いポテンシャルの井戸に閉じ込められた電子と金属内の電子 深い井戸ポテンシャルに閉じ込められた電子の状態について理解する
2週 クローニヒペニーモデル バンド構造が作られることをクローニヒペニーモデルを用いて理解する
3週 正孔、金属と半導体，絶縁体のバンド構造、分布則、真性半導体のキャリア濃度、不純物ドーピング 半導体中のキャリア分布について数式を用いて理解する
4週 p形,n形半導体のキャリア濃度、pn積、導電率と移動度、ホール効果、ドリフト電流と拡散電流、多数キャリアの注入と少数キャリアの注入 キャリア分布の理解とキャリアの流れの要因について理解する
5週 キャリア再結合過程、少数キャリア連続の式、連続の方程式の応用例 キャリアの再結合過程について理解する
キャリヤ連続の式について理解する
キャリヤ連続の式を用いてキャリアの分布状態が求められる
6週 pn接合（エネルギー準位図、ポテンシャル分布、理想的な電流-電圧特性、実際の電流ー電圧特性） pn接合における物理を数式を使って理解する
7週 pn接合（逆方向降伏特性、接合容量）、トンネルダイオードの物理、金属-半導体接触 pn接合における物理を数式を使って理解する
8週 BJT動作の基礎、BJTの製作 BJTの原理についてバンド構造と関連づけ理解する
2ndQ
9週 少数キャリアの分布と端子電流 BJTのベース領域の置けるキャリヤ分布を求めそれから、単利電流の流れを理解する
10週 バイアスの一般論 BJTトランジスタの等価回路を説明することが出来る
11週 スイッチング ベース領域のキャリヤ密度の変化を基にスイッチング現象を理解する
12週 2次的効果 BJTの2次効果について説明することが出来る
13週 トランジスタの周波数限界 BJTの周波数限界について説明することが出来る
14週 MOSダイオード MOSダイオードの動作についてバンド図を用いて説明することが出来る
15週 MOSFET MOSFETの動作についてバンド図と式を用いて説明することが出来る
16週 期末試験

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
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
バイポーラトランジスタの構造を理解し、エネルギーバンド図を用いてバイポーラトランジスタの静特性を説明できる。4
電界効果トランジスタの構造と動作を説明できる。4

評価割合

試験合計
総合評価割合100100
半導体3030
JBT4040
MOSFET3030