ナノデバイス (I42P)

日本大学理工学部

2015年理工学部シラバス - 電気工学科

設置情報

科目名	ナノデバイス
設置学科	電気工学科	学年	4年
担当者	松田　健一	履修期	前期
単位	2	曜日時限	木曜2
校舎	駿河台	時間割CD	I42P
クラス	A・B

概要

学修到達目標	現在，パソコンのCPU周辺の配線が1/20000000メートル程度のサイズになっています．このように極微の世界では，巨視的な世界と異なる性質を示す物質や新規現象があることがわかってきました．またそれらを観察し，制御・加工する技術も同時に発展してきました．本講義ではこれらのナノメートルスケールで生じる現象や技術について理解すること目標とします．
授業形態及び授業方法	板書を中心とした講義形式で実施する．
履修条件	特になし．「物性の基礎」，「半導体デバイスの基礎」，「電気材料」を受講していることが望ましい．また「量子力学」の初歩的な知識があれば理解に役立つ．

授業計画

第1回	ナノデバイスの概略と体系的な特徴を歴史的な経緯や理論的な考え方などについてまとめ、ナノデバイスの基礎と応用に関する導入として講義する。
第2回	ナノメートルスケールの物理現象を理解する上で大切な量子力学についての概略を講義する．特に，物質波の概念や，不確定性について解説する．
第3回	量子力学を用いた電子の問題を，シュレーディンガー方程式に基づいて説明する．特にトンネル効果について解説し，走査型トンネル顕微鏡などの応用と関係付けて理解する．
第4回	電子の波動的な性質の帰結として，原子の周りの電子軌道が決まることや原子の構造について講義する．また原子からの発光スペクトルとの対応関係についても講義する．
第5回	半導体材料の基礎を復習し，その後，それらの積層構造と電子状態について学ぶ．特に量子井戸と呼ばれる構造について学ぶ．
第6回	半導体の微小な構造を用いた単電子デバイスについて講義する．単電子デバイスの構造と動作原理について説明し，また実際の実験から得られた動作特性との対応を紹介する．
第7回	炭素によって構成されるナノメートルスケールの構造，カーボンナノチューブやフラーレンについて講義する．いくつかの多様なカーボンナノ構造も紹介し，ドラッグデリバリーシステムなどへの応用研究についても紹介する．
第8回	炭素の二次元的なシート構造からなるグラフェンについて，その構造や基本的な特性を紹介する．
第9回	磁性材料とナノテクノロジーについて講義する．はじめに磁性の起源となる電子の軌道やスピンについての概略を講義し，磁気的な秩序の種類などを紹介する．
第10回	磁性材料を使ったスピントロニクス応用について講義する．特に強磁性トンネル接合や，磁性材料を用いた電子スピンの操作等について講義する．
第11回	超伝導材料を用いたナノデバイスについて講義する．特に，微小な超伝導体を利用した量子ビットへの応用と，その物理的哲学的な意味について解説する．
第12回	半導体等の微細加工技術，特にフォトリソグラフィー技術や電子ビームリソグラフィー技術について講義する．
第13回	ナノ構造の観察技術について講義する．特に，走査型電子顕微鏡，透過型電子顕微鏡，X線回折技術等について紹介する．
第14回	ナノ構造の観察と制御技術について講義する．特に原子間力顕微鏡，走査型プローブ顕微鏡，またそれらを用いたナノ構造加工などについて紹介する．
第15回	平常試験と授業全体の総括を行う．

その他

教科書	教科書は用いない．必要があれば講義資料を配布する．
参考書	Edward L. Wolf 『ナノ構造の科学とナノテクノロジー』共立出版 2011年 D. K. フェリー『ナノデバイスへの量子力学』シュプリンガー・フェアラーク東京 2006年第2版福井萬壽夫，大津元一『光ナノテクノロジーの基礎』オーム社 2003年 Supriyo Datta 『量子輸送』丸善株式会社 2008年
成績評価の方法及び基準	平常試験（６０％）、課題レポート・演習（４０％）
質問への対応	随時質問可．
研究室又は連絡先	駿河台校舎４号館４２９Ａ号室， TEL : 03-3259-0772, E-mail : matsuda.kenichi@nihon-u.ac.jp
オフィスアワー	火曜駿河台 10:40 ～ 12:10 木曜駿河台 16:40 ～ 18:10 土曜駿河台 10:40 ～ 12:10
学生へのメッセージ	数式によって理解するのではなく，想像力を逞しくしてイメージをつかむことを優先してください．

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