2017年 短期大学部 シラバス - ものづくり・サイエンス総合学科
設置情報
| 科目名 |
電子物性工学
電子物性の基礎
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|---|---|---|---|
| 設置学科 | ものづくり・サイエンス総合学科 | 学年 | 2年 |
| 担当者 | 岩田 展幸 | 履修期 | 後期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 木曜3 |
| 校舎 | 船橋 | 時間割CD | E43S |
| クラス | |||
| ポリシー | ディプロマ・ポリシー【DP】 カリキュラム・ポリシー【CP】 | ||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
概要
| 学修到達目標 | 半導体デバイスの限界が叫ばれる昨今、新しい機能を持つ材料探索が急激に増加している。このような最先端の研究開発には、量子力学を基礎とした固体物理学の知識が必要である。本講義では、量子力学の基礎、それら知識を用いた固体物理の基礎を修得する。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
講義、宿題・レポート |
| 履修条件 | 力学・電磁気学の基礎、微分方程式の解法、量子力学の基礎を学んでいることが望ましい。 |
授業計画
| 第1回 | 振動 波の基本、重ね合わせ、波束、について説明する。 |
|---|---|
| 第2回 | マクスウェル方程式 マクスウェル方程式の概要を説明し、簡単な問題を解く。 電界および磁界に関する波動方程式を導く。 |
| 第3回 | 波動方程式と波動関数 電子が満たす波動方程式、波動関数について説明する。 波動関数の確率解釈、平面波について説明する。 |
| 第4回 | シュレディンガー方程式 波動関数からシュレディンガー方程式を導くと共に、演算子を導出する。 |
| 第5回 | 井戸型ポテンシャル 井戸型ポテンシャルに閉じ込められた電子の波動関数とエネルギーを計算する。 |
| 第6回 | 水素原子モデル 球対称ポテンシャルのシュレディンガー方程式を用いて、関数Φ、Θ、Rおよび球面調和関数にかんする微分方程式を導くと共に、具体的な関数を提示する。計算の過程で現れた、主量子数、方位量子数、磁気量子数と周期律表の関係について説明する。 |
| 第7回 | 角運動量 角運動量と遠心力、角運動量演算子について説明する。 |
| 第8回 | 水素原子の固有解 波動関数の具体的な形状について説明する。 |
| 第9回 | 分布関数 フェルミ粒子、ボーズ粒子、古典的微粒子がとる分布関数、Fermi-Dirac分布関数、Bose-Einstein分布関数、Maxwell-Boltzmann分布関数について説明する。特にFermi-Dirac分布関数についてその特徴を詳細に説明する。 |
| 第10回 | 自由電子気体と電気伝導 自由電子のイメージ、自由電子論、フェルミエネルギー、状態密度、自由電子の電気伝導について説明する。 |
| 第11回 | エネルギーギャップとブリリュウアン領域 結晶が形成された場合に発生する周期ポテンシャルおよびエネルギーギャップについて説明する。周期関数を考慮したブロッホ関数、ブリルアンゾーンについて説明する。 |
| 第12回 | 群速度と有効質量 エネルギーギャップが存在するときの群速度、有効質量について説明する。 |
| 第13回 | 真性半導体/不純物半導体/ダイオード 半導体概要を説明し、真性半導体のキャリア密度について計算する。 不純物半導体の概要およびそれを接合させたダイオードの概要および状態密度、分布関数、キャリア密度について説明する。 |
| 第14回 | 平常試験とその解説 |
| 第15回 | 平常試験とその解説 |
その他
| 教科書 |
阿部正紀 『電子物性概論 量子論の基礎』 培風館
坂田亮 『物性科学』 培風館
各教科書（参考書）の関連する部分を読み比べる事を強く勧める。
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| 参考書 |
『基礎電子物性工学』 川辺和夫 他 コロナ社
『物性科学』 坂田亮 培風館
『固体の電子論 バーンズ固体物理学３』 長尾辰哉 他 訳 東海大学出版
『キッテル固体物理学入門 上』 宇野良清 他 訳 丸善
『半導体工学の基礎』 清水潤治 コロナ社
『半導体デバイス』 松波弘之 吉本昌広 共立出版
『電子物性概論 量子論の基礎』 阿部正紀 培風館
『量子力学（I)』 小出昭一郎 裳華房
『量子力学 岩波基礎物理シリーズ５』 原康夫 岩波書店
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| 成績評価の方法 及び基準 |
総授業回数の５分の３(９回)に満たない場合は，履修放棄として評価Eとする。 自宅テスト(3回程度)(25%)＋平常試験(75%) |
| 質問への対応 | 随時 |
| 研究室又は 連絡先 |
授業中に教える。 |
| オフィスアワー |
月曜 船橋 09:00 ～ 13:10 4号館412室
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| 学生への メッセージ |
理解度確認テストは、自宅テスト（3回程度）を基本として作成する。自宅テストの問題を解けるレベルであれば、平易に単位を取得できる。当然、自宅テストは、授業に沿った内容である。 |