概要:
電子工学の基礎として半導体の基礎的性質を解説する。元素半導体と化合物半導体、真性半導体と不純物半導体のキャリア密度、移動度、抵抗率の取り扱いを説明し、pn接合およびショットキーダイオードの電流電圧特性を説明する。また半導体デバイスの動作原理及びデバイス作製方法について教授する。
授業の進め方・方法:
半導体中の電子の振る舞いに着目して、各種半導体素子の動作原理を解説する。講義では半導体の中での電子の諸性質を解説しながら、デバイスの動作原理が理解できるようにスライドおよび板書を中心として進め、演習問題を解くことで内容の理解を深めていく。
デバイスの動作原理を定性的に説明できるために、電子の取り扱い方を理解してほしい。また、定量解析には、科目の性質上、数学(微分、積分、微分方程式)の基礎を理解していることが求められるため、並行して学んでほしい。
注意点:
規定授業時間数:60
エレクトロニクス系科目の基礎となる半導体の動作原理を学ぶ科目です。基礎固めをしっかりと行ってください。
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週 |
授業内容 |
週ごとの到達目標 |
前期 |
1stQ |
1週 |
半導体の種類(1) |
元素半導体と化合物半導体の種類を説明できる。
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2週 |
半導体の種類(2) |
真性半導体のキャリア生成機構を説明できる。
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3週 |
半導体の種類(3) |
不純物添加によるキャリア生成機構を説明し、伝導型の違いを説明できる。
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4週 |
半導体の種類(4) |
同上
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5週 |
電気的性質(1) |
エネルギー帯構造の概念を理解し説明できる。
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6週 |
電気的性質(2) |
半導体のキャリア密度を、分布関数ならびにフェルミ・ディラック分布関数を利用して導出できることを理解し、結果式を利用して導出できる。
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7週 |
電気的性質(3) |
同上
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8週 |
中間試験 |
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2ndQ |
9週 |
電気的性質(4) |
キャリアの移動度、ドリフト電流、抵抗率を説明し、計算できる。
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10週 |
電気的性質(5) |
同上
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11週 |
電気的性質(6) |
同上
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12週 |
電気的性質(7) |
キャリアの拡散電流を説明し、計算できる。
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13週 |
電気的性質(8) |
キャリアの再結合過程を説明できる。再結合電流を説明し、計算できる。
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14週 |
電気的性質(9) |
キャリア寿命について説明することができる。
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15週 |
前期定期試験 |
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16週 |
定期試験答案返却 |
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後期 |
3rdQ |
1週 |
pn接合(1) |
pn接合ダイオードの動作をエネルギーバンドによって説明できる。
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2週 |
pn接合(2) |
pn接合ダイオードを流れる電流を計算できる。
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3週 |
pn接合(3) |
pn接合ダイオードの静電容量を計算できる。
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4週 |
pn接合(4) |
ダイオードの降伏現象を説明できる。
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5週 |
ショットキーダイオード(1) |
ショットキーダイオードの動作を説明できる。
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6週 |
ショットキーダイオード(2) |
ショットキーダイオードを流れる電流、静電容量を計算できる。
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7週 |
種々のダイオード |
種々のダイオードの動作原理を説明できる。
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8週 |
中間試験 |
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4thQ |
9週 |
バイポーラトランジスタ(1) |
バイポーラトランジスタの動作原理についてバンド図を用いて説明できる。
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10週 |
バイポーラトランジスタ(2) |
同電流増幅率を計算できる。
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11週 |
バイポーラトランジスタ(3) |
バイポーラデバイス(HBT、サイリスタ)の動作を説明できる。
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12週 |
バイポーラトランジスタ(4) |
MOS構造で蓄積、空乏及び反転状態についてバンド図を用いて説明できる。
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13週 |
ユニポーラトランジスタ(1) |
MOSFETの構造及び動作原理のバイポーラデバイスとの違いを説明できる。
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14週 |
ユニポーラトランジスタ(2) |
JFET、MESFET及びHEMTそれぞれの構造及び動作を説明できる。
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15週 |
後期定期試験 |
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16週 |
定期試験答案返却 |
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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 | 電気回路 | 電荷と電流、電圧を説明できる。 | 1 | 前9,前10,前11,前12,前13,前14 |
オームの法則を説明し、電流・電圧・抵抗の計算ができる。 | 1 | 前9,前10,前11,前12,前13,前14 |
電子回路 | ダイオードの特徴を説明できる。 | 1 | 後1,後2,後3,後4,後5,後6,後7 |
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。 | 1 | 後9,後10,後11 |
FETの特徴と等価回路を説明できる。 | 1 | 後13,後14 |
トランジスタ増幅器のバイアス供給方法を説明できる。 | 1 | 後9,後12,後14 |
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。 | 2 | 前2,前9,前10,前11,前12,前13,前14 |
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。 | 2 | 前5 |
原子の構造を説明できる。 | 1 | 前2,前5 |
パウリの排他律を理解し、原子の電子配置を説明できる。 | 1 | 前5 |
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。 | 1 | 前5,前6,前7,後13,後14 |
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。 | 2 | 前9,前10,前11,前12,前13,前14 |
真性半導体と不純物半導体を説明できる。 | 2 | 前2,前3,前4 |
半導体のエネルギーバンド図を説明できる。 | 2 | 前5,前6,前7,後1,後2,後5,後9,後10,後13,後14 |
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。 | 2 | 後1,後2 |
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。 | 2 | 後9,後10,後11 |
電界効果トランジスタの構造と動作を説明できる。 | 2 | 後12,後13,後14 |