2021年 理工学部 シラバス - 電気工学科
設置情報
| 科目名 | 電気材料 | ||
|---|---|---|---|
| 設置学科 | 電気工学科 | 学年 | 2年 |
| 担当者 | 胡桃 聡 | 履修期 | 前期 |
| 単位 | 2 | 曜日時限 | 火曜1 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | I21M |
| クラス | A・B | ||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
概要
| 学修到達目標 | この授業は各種の電気・電子機器を構成する材料の性質や部品・デバイスの作成方法の基礎を理解することを目標とする。特に導体や半導体・誘電体・磁性体について電気物性学の基礎概念を用いると同時に様々な分野における諸法則を説明することができる。また、物質の電気的特性の身近な例からそれらを理解し活用できるように、それまでに学んだ電気磁気学の知識と、これにある程度の量子論的取り扱いを加味して諸量を計算することができる。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
オンデマンド型授業。教科書や講義の資料を用い、パワーポイントや板書で講義を行う。 状況によってはCSTポータルIIを経由して動画を配信し、適宜課題を与える． |
| 履修条件 | ２年生のみ履修可能。３年生以上の学生は、木曜２限の電気材料を履修してください。 物性の基礎の知識があれば理解は早い。 |
授業計画
| 第1回 | イントロダクション 電気材料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、電気材料の基礎と応用に関する導入として講義する。 【事前学習】シラバスを一読すること。半導体デバイス・物性の基礎を復習（１２０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理（１２０分） |
|---|---|
| 第2回 | 電気材料の基礎 電気材料は導体・半導体・誘電体・磁性体に分類されるが、共通な電子と物質の性質の関係について基礎を学習する。特に、原子の構成や量子状態・電子軌道・化学結合などについて講義する。 【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3回 | 導電材料 粒子的模型による導電率や緩和時間をBoltzmanの輸送方程式から求め、Sommerfeldの電気伝導理論について述べる。また、温度による抵抗の変化としてMatthiessenの関係やサーミスタ・金属導電材料として電線やケーブル・プリント配線・接点・ブラシ・フューズ・ろう付け材料などについて講義する。 【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 | 抵抗材料と発熱材料 抵抗素子材料として金属や炭素皮膜・酸化物薄膜抵抗体について、発熱材料は電流によるジュール熱発生について述べ、ジュールの法則について説明する。また、抵抗ひずみセンサなどについて講義する。 【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 | 半導体材料の基礎 半導体の主流の材料であるシリコンについて特性を説明し、そこから真性半導体、p型半導体、n型半導体について講義する。また価電子帯、禁制帯、伝導体について理解をする。 【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6回 | 半導体材料の種類と特性 半導体の抵抗率の温度変化、光や磁界に対する特異な現象、整流効果などの性質について説明する。また半導体の種類と応用素子について講義する。 【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7回 | 導体・半導体に関する総括をし、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8回 | 磁性体の性質 原子の磁気モーメントについて考え、物質を構成する原子が持っている永久磁気双極子とその配列による磁性の関係として、反磁性・常磁性・強磁性（フェロ磁性・フェリ磁性・反強磁性）などの概要について講義する。 【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9回 | 磁性材料 磁性材料として軟質磁性体、硬質磁性体の種類特徴について講義する。また磁気ヒステリシス特性について解説し、磁性材料の種類と用途について学ぶ。 【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10回 | 誘電・絶縁材料 固体絶縁体、液体絶縁体をRC回路モデルから説明する。誘電体において電気双極子および平行平板内における双極子分極について解説し、コンデンサの種類と用途について学ぶ。 【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11回 | 誘電正接と複素誘電率 交流における誘電率について複素誘電率（誘電率・誘電損率）と誘電正接について解説する。特に誘電率・誘電損率の周波数特性依存性について説明し、そこからデバイの理論式について解説する。また双極子分極・原子分極・電子分極について解説する。 【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12回 | 誘電分極の機構 誘電体の分極をローレンツ場より説明する。そこから導き出されるクラウジウス・モソッティの式、ローレンツローレンスの式について解説する。その他、圧電効果・電歪効果について説明し、圧電素子について学ぶ。 【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13回 | 磁性体・絶縁体に関する総括をし、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】事前の予告があった箇所について予習（２１０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理（３０分） |
| 第15回 | 演習問題の解説および電気材料の講義総括をする。 【事前学習】講義全体の復習と試験の準備（１２０分） 【事後学習】試験中の疑問点の整理．講義全体の振り返り（１２０分） |
その他
| 教科書 |
青柳稔・鈴木薫・田中康寛・松本聡・湯本雅恵 『基本からわかる電気電子材料講義ノート』 オーム社 2015年 第1版
教科書のみで不足する部分はCSTポータルIIへ講義資料を掲載する
|
|---|---|
| 参考書 |
川端 昭 『電子材料・部品と計測』 コロナ社 1995年 第1版
酒井 善雄 ・ 山中 俊一 『電気物性学』 森北出版 1992年 第1版
物性論に基づいた専門的な参考書です。
|
| 成績評価の方法 及び基準 |
・第７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 | 授業中も可能、講義の後は電子メールを利用 |
| 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 自宅待機中の場合はメール対応
金曜 駿河台 15:00 ～ 16:30 自宅待機中の場合はメール対応
|
| 学生への メッセージ |
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。 |