2021年 理工学部 シラバス - 電気工学科
設置情報
科目名 | 半導体デバイスの基礎 | ||
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設置学科 | 電気工学科 | 学年 | 2年 |
担当者 | 胡桃 聡 | 履修期 | 後期 |
単位 | 2 | 曜日時限 | 月曜2 |
校舎 | 駿河台 | 時間割CD | I12N |
クラス | |||
履修系統図 | 履修系統図の確認 |
概要
学修到達目標 | 電気電子機器のほとんど全てにダイオードやトランジスタ、太陽電池や半導体レーザーなどの半導体デバイスが使われている。そのような機器を適切に使用し、あるいは設計するためには半導体デバイスについての知識は重要である。この授業では各種半導体デバイスの基本となる半導体の物性およびその電気的特性の基礎をはじめとして、半導体デバイスの基本であるダイオード、トランジスタの動作原理や構造等について講義する。 |
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授業形態及び 授業方法 |
ハイブリッド型授業で実施する。対面授業を実施し,同時双方向で配信する。 |
履修条件 | 大学初等レベルの数学,基礎物理学の知識があること。「物性の基礎」を履修していることが望ましい. |
授業計画
第1回 | 半導体工学の概要とその位置づけを解説する。 【事前学習】半導体とその応用,デバイス発展の歴史的な経緯などの一般的な概要を事前調査(120分) 【事後学習】講義の内容のまとめと疑問点の整理.(120分) |
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第2回 | 半導体とその種類: 半導体の性質と種類、結晶構造などについて解説し、半導体工学で使用する基礎的用語等について説明する。 【事前学習】事前の予告があった箇所について予習.(120分) 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理.(120分) |
第3回 | 半導体の基礎物性:半導体の電子状態やエネルギーバンドの構造、ドナー・アクセプタ等について講義する。 【事前学習】事前の予告があった箇所について予習.(120分) 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理.(120分) |
第4回 | 半導体のバンド構造とキャリヤ Ⅰ:真性半導体のエネルギーバンド構造、フェルミ分布関数、フェルミ準位、状態密度について講義する。 【事前学習】事前の予告があった箇所について予習.(120分) 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理.(120分) |
第5回 | 半導体のバンド構造とキャリヤ Ⅱ:不純物半導体のエネルギーバンド構造、キャリアの種類、フェルミ準位、状態密度について講義する。 【事前学習】事前の予告があった箇所について予習.(120分) 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理.(120分) |
第6回 | 半導体の電気伝導:半導体の電気伝導:電界・磁界による半導体内のキャリアの移動と電気伝導特性について学ぶ。 【事前学習】事前の予告があった箇所について予習.(120分) 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理.(120分) |
第7回 | pn接合Ⅰ:半導体デバイスの基礎的な構造単位であるpn接合の素子構造について講義する。特にpn接合における空乏層領域とその近傍の電荷密度、電界、静電ポテンシャルについて学ぶ。 【事前学習】事前の予告があった箇所について予習.(120分) 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理.(120分) |
第8回 | pn接合Ⅱ:半導体デバイスの基礎的な構造単位であるpn接合の素子構造について講義する。特にpn接合の電位障壁とエネルギーバンドについて学び、空乏層幅、内蔵電位に関する式を導出する。 【事前学習】事前の予告があった箇所について予習.(120分) 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理.(120分) |
第9回 | pn接合Ⅲ:ダイオードの整流特性をエネルギーバンド図から説明する。フォトダイオード、発光ダイオード、バリキャップダイオード、ツェナーダイオードについて用途について解説し、キャリヤの動作を講義する。 【事前学習】事前の予告があった箇所について予習.(120分) 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理.(120分) |
第10回 | 半導体の基本的特性およびpn接合に関する講義の総括をし、演習問題を解く。またその解説をする。 【事前学習】事前の予告があった箇所について予習.(120分) 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理.(120分) |
第11回 | 半導体と金属の接合:金属の仕事関数、半導体の電子親和力について解説をする。ショットキー接触ならびにオーミック接触を金属・半導体のエネルギーバンド図から説明し、その応用素子であるショットキーダイオードについて学ぶ。 【事前学習】事前の予告があった箇所について予習.(120分) 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理.(120分) |
第12回 | トランジスタ:バイポーラトランジスタおよび電界効果トランジスタについて、それらの基本動作、特に電流‐電圧の関係について講義する。 【事前学習】事前の予告があった箇所について予習.(120分) 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理.(120分) |
第13回 | pn接合ダイオードの振舞い、金属と半導体の接合、トランジスタに関する講義の総括をし、演習問題を与える。 【事前学習】事前の予告があった箇所について予習.(120分) 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理.(120分) |
第14回 | 第13回の演習問題に対して学生の質問に対する応答をする。 【事前学習】講義全体の復習と演習問題.(300分) 【事後学習】課題の疑問点の整理.(120分) |
第15回 | 演習問題の解説および半導体デバイスの基礎の講義総括をする。 【事前学習】事前の予告があった箇所について予習.(30分) 【事後学習】講義全体の振り返り.(30分) |
その他
教科書 |
和保孝夫 『電子デバイス』 コロナ社 2013年
基礎的な事項に絞って、平易に解説している教科書。
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参考書 |
S.M. Sze 『半導体デバイス―基礎理論とプロセス技術』 産業図書 2004年 第2版
B.L. アンダーソン,ほか. 『半導体デバイスの基礎』 丸善出版 2011年
石田哲朗,清水東 『半導体素子』 コロナ社 2005年
Simon Sze, Ming-Kwei Lee, Semiconductor Devices, Wiley & Sons, 2013, 3 edition
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成績評価の方法 及び基準 |
・第10回講義の課題の提出および完成度:30% ・第13回講義の課題の提出および完成度:40% これら以外で毎回の講義課題の提出および完成度:30% |
質問への対応 | 随時対応する |
研究室又は 連絡先 |
駿河台校舎タワースコラ16階S1617室 Tel. 03-3259-0760 E-mail: kurumi.satoshi@nihon-u.ac.jp |
オフィスアワー |
水曜 駿河台 15:00 ~ 16:30
金曜 駿河台 15:00 ~ 16:30
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学生への メッセージ |
「電子デバイス」を受講する予定の者はこの講義を受講しておいて下さい。板書を書き写し記憶するだけでなく、応用を含めた理解に努めて下さい。本学図書館の関連蔵書を十分に活用して下さい。 |