電気材料工学

科目基礎情報

学校	都城工業高等専門学校	開講年度	平成29年度 (2017年度)
授業科目	電気材料工学
科目番号	0043	科目区分	専門 / 必修
授業形態	授業	単位の種別と単位数	履修単位: 2
開設学科	電気情報工学科	対象学年	5
開設期	通年	週時間数	2
教科書/教材	「電気物性学」酒井善雄・田中俊一 著　(森北出版）
担当教員	赤木 洋二

到達目標

(1) 量子の性質やのシュレディンガーの波動方程式を理解できる。
(2) 物質を結合力や結晶構造について分類ができ、半導体の諸物性について説明ができる。
(3) 誘電体について理解し、説明ができる。
(4) 磁性体について理解し、説明ができる。
(5) 超伝導体や太陽電池の材料についての特徴を説明できる。

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	最低到達レベルの目安(可)
	量子の性質を定量的に理解し、量子の特性について計算できる。シュレディンガーの波動方程式を導くことができ、水素原子のエネルギー準位が離散的であることを理解できる。	量子の性質を定量的に説明できる。また、シュレディンガーの波動方程式を導くことができる。	量子の性質を定性的に説明できる。また、一次元の自由粒子のシュレディンガーの波動方程式を理解できる。
	物質の結合力や結晶構造について十分に理解し、それらに関するの計算ができる。また、半導体の諸物性について十分に理解し、それについての計算ができる。	物質を結合力や結晶構造について分類し、それらに関する簡単な計算ができる。また、半導体の諸物性について説明ができ、それについて簡単な計算ができる。	物質を結合力や結晶構造について分類ができる。また、半導体の諸物性について説明ができる。
	誘電体の分極について定量的に十分に理解し、分極率の計算ができる。	誘電体の分極について定量的に理解し、分極率の計算ができる。	誘電体の分極について定性的に理解し、説明ができる。
	磁性体の特徴について定量的に十分に理解し、磁化率の計算ができる。	磁性体の特徴について定量的に理解し、磁化率の計算ができる。	磁性体の特徴について定性的に理解し、説明ができる。
	超伝導体や太陽電池の材料についての特徴を十分に理解し、説明できる。	超伝導体や太陽電池の材料についての特徴を説明できる。	超伝導体や太陽電池の材料についての簡単な特徴を説明できる。

学科の到達目標項目との関係

JABEE (d)

JABEE B2

教育方法等

概要:

　いろいろな分野での電気材料を理解するためには、その基本原理となる力学、古典力学（ニュートン力学、電磁気学、熱力学）、量子力学、統計力学等を理解する必要がある。まず、古典力学から量子力学の入門程度を学び、そして、原子・分子・固体中での電子の振る舞いを理解する。次に、物質の結合力、結晶構造、半導体の諸物性について理解する。さらに誘電体や磁性体の性質を発現するメカニズム等について理解する。

授業の進め方・方法:

　事前に教科書や参考書を読み、授業内容を事前にノートにまとめておくこと。適宜、レポートを課すので、期限厳守の上、提出すること。

注意点:

　数学(微積分、代数学、幾何学など)や物理(力学)の基礎、電磁気学の基礎を十分に理解しておくこと。

授業計画

		週	授業内容	週ごとの到達目標
前期
	1stQ
		1週	授業計画の説明	授業計画・達成目標・成績の評価方法等の説明
		2週	シュレディンガー波動方程式	電子の粒子性と波動性の復習を行い、シュレディンガーの波動方程式を導く。
		3週	シュレディンガー波動方程式	時間に依存しないシュレディンガーの波動方程式を導き、その例題を解く。
		4週	中心ポテンシャル中の電子	球座標系でのシュレディンガー波動方程式を導く。
		5週	中心ポテンシャル中の電子	軌道量子数と時期量子数について理解する。
		6週	中心ポテンシャル中の電子	水素原子中の電子の状態について理解する。
		7週	まとめと演習	これまでの復習を行う
		8週	前期中間試験
	2ndQ
		9週	試験答案の返却及び解説
		10週	結合力と結晶構造	結合力や結晶構造について理解する。
		11週	結合力と結晶構造	格子欠陥や格子振動について理解する。
		12週	半導体の諸物性	半導体の熱電的性質について理解する。
		13週	半導体の諸物性	磁気的性質について理解する。
		14週	半導体の諸物性	半導体の光学的性質について理解する。
		15週	前期末試験
		16週	試験答案の返却及び解説
後期
	3rdQ
		1週	誘電体の物性	誘電体内部に形成される内部電界を求める。また誘電分極の機構について理解する。
		2週	誘電体の物性	4種類の誘電分極の分極率を求める。
		3週	誘電体の物性	気体および固体の誘電率と分極率誘の関係式を導く。また誘電分散について理解する。
		4週	交流電界における誘電体	電子分極とイオン分極の複素誘電率を導く。
		5週	交流電界における誘電体	配向分極と界面分極の複素誘電率を導き、複素誘電率の周波数特性をまとめる。
		6週	強誘電体	強誘電体の性質について理解する。また誘電体の電気伝導について理解する。
		7週	まとめと演習	これまでの復習を行う
		8週	磁性体の基礎	磁性体を分類し、原子の磁気モーメントと反磁性の磁化率を導く。
	4thQ
		9週	磁性体の磁化率	常磁性の磁化率を導く。
		10週	磁性体の磁化率	強磁性および反強磁性の磁化率を導く。
		11週	磁性体の物性	磁性体の性質と動特性について理解する。
		12週	その他の材料	超伝導材料の現状について理解する。
		13週	その他の材料	太陽電池材料の現状について理解する。
		14週	まとめと演習	これまでの復習を行う
		15週	学年末試験
		16週	試験答案の返却及び解説

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	電子工学	原子の構造を説明できる。	4
				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
				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。	3
				真性半導体と不純物半導体を説明できる。	3
				半導体のエネルギーバンド図を説明できる。	3

評価割合

	試験	レポート	合計
総合評価割合	80	20	100
基礎的能力	50	15	65
専門的能力	30	5	35
分野横断的能力	0	0	0