到達目標
1.電子物性の基礎を学び、半導体や半導体デバイスの基本的性質を説明できる。B①②、SB①
2.バンド構造を用いて、pn接合ダイオードやトランジスタなどの動作原理と電気特性を説明できる。B①②、SB①
3.半導体素子の応用例を説明できる。B①②、SB①
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 | 固体中の電子の振る舞いから金属や半導体の電気特性とその温度依存性を説明できる | 固体中の電子の振る舞いから金属や半導体の電気特性を説明できる | 金属や半導体の電気特性を説明できない |
評価項目2 | ドリフトや拡散によるキャリアの動きやバンド構造を用いてpn接合の電気特性を説明できる | バンド構造を用いてpn接合の電気特性を説明できる | バンド構造を用いてpn接合の電気特性を説明できない |
評価項目3 | バンド構造を用いて半導体素子の構造と動作原理、実際の応用例を説明できる | 半導体素子の構造と動作原理を説明できる | 半導体素子の構造と動作原理を説明できない |
学科の到達目標項目との関係
準学士課程の教育目標 B① 専門分野における工学の基礎を理解できる。
準学士課程の教育目標 B② 自主的・継続的な学習を通じて、専門工学の基礎科目に関する問題を解くことができる。
専攻科教育目標、JABEE学習教育到達目標 SB① 共通基礎知識を用いて、専攻分野における設計・製作・評価・改良など生産に関わる専門工学の基礎を理解できる。
専攻科教育目標、JABEE学習教育到達目標 SB② 自主的・継続的な学習を通じて、専門工学の基礎科目に関する問題を解決できる。
教育方法等
概要:
各種電子機器の動作を理解するために、半導体素子の電気特性の理解を目的とする。電子の基本的性質と物理現象を学んだ後、半導体における電子の多彩な振る舞いとその応用を学ぶ。
授業の進め方・方法:
電子工学の基礎となる固体電子論の説明を理解可能な範囲に留める一方で、ダイオード等重要な電子デバイスについてその構造と動作原理を詳細に解説する。
注意点:
授業計画
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
原子の構造 |
原子の電子配列と電子の軌道を理解できる
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2週 |
電子の性質 |
電子のエネルギー準位を理解できる
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3週 |
固体の結晶構造 |
固体の結晶構造を理解できる
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4週 |
エネルギー準位 |
エネルギーバンドの形成を理解できる
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5週 |
導体・絶縁体・半導体 |
バンド構造と電気特性の違いを理解できる
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6週 |
固体の電気伝導 |
固体の電気伝導の仕組みを理解できる
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7週 |
フェルミ準位 |
FD分布の考え方とフェルミ準位の意味を理解できる
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8週 |
中間試験 |
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2ndQ |
9週 |
不純物半導体 |
不純物半導体の形成について理解できる
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10週 |
キャリアの拡散とドリフト |
半導体におけるキャリアの拡散とドリフトを理解できる
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11週 |
pn接合と空乏層 |
pn接合における空乏層の形成を理解できる
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12週 |
pn接合ダイオードのバンド構造 |
pn接合のバンド構造と電圧電流特性の関係を理解できる
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13週 |
pn接合ダイオードの電圧電流特性 |
pn接合の電圧電流特性の理論を理解できる
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14週 |
pn接合の降伏現象 |
電子なだれ降伏とツェナー降伏のメカニズムと定電圧ダイオードの動作原理を理解できる
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15週 |
pn接合の静電容量と金属-半導体接合 |
可変容量ダイオードとのショットキーバリアダイオードの構造と動作原理を理解できる
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16週 |
期末試験 |
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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 |
基礎的能力 | 自然科学 | 物理 | 電気 | 導体と不導体の違いについて、自由電子と関連させて説明できる。 | 3 | |
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。 | 3 | 前12 |
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。 | 3 | 後1 |
FETの特徴と等価回路を説明できる。 | 3 | 後10,後12 |
電子工学 | 電子の電荷量や質量などの基本性質を説明できる。 | 4 | 前1 |
エレクトロンボルトの定義を説明し、単位換算等の計算ができる。 | 4 | 前2 |
原子の構造を説明できる。 | 4 | 前1 |
パウリの排他律を理解し、原子の電子配置を説明できる。 | 4 | 前1 |
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 | 前4,前5,前7 |
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 | 前6 |
真性半導体と不純物半導体を説明できる。 | 4 | 前9 |
半導体のエネルギーバンド図を説明できる。 | 4 | 前6 |
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 | 前11,前12 |
評価割合
| 試験 | 発表 | 課題レポート | 態度 | ポートフォリオ | その他 | 合計 |
総合評価割合 | 90 | 0 | 10 | 0 | 0 | 0 | 100 |
基礎的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
専門的能力 | 90 | 0 | 10 | 0 | 0 | 0 | 100 |
分野横断的能力 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |