半導体物性工学 (J21H)

日本大学理工学部

2021年理工学部シラバス - 電子工学科

設置情報

科目名	半導体物性工学
設置学科	電子工学科	学年	3年
担当者	高橋（芳）・呉	履修期	後期
単位	2	曜日時限	火曜1
校舎	船橋	時間割CD	J21H
クラス
履修系統図	履修系統図の確認

概要

学修到達目標	半導体（バルクおよび量子井戸）中における電子および正孔の振る舞い（波動関数，状態密度，キャリア密度）やエネルギーバンド，種々の状況下におけるキャリア密度・フェルミエネルギー，また各種半導体デバイスの実際の動作について理解することができる．
授業形態及び授業方法	「ハイブリッド型授業」対面講義および動画配信によるオンデマンド講義を交互に行い，毎回課題を課す．課題により興味を促し，自ら取り組む力を養う．
履修条件	「半導体デバイス工学」の内容を理解している必要がある．

授業計画

第1回	半導体物性工学の概要【事後学習】講義を実施した範囲について，ノートおよび配付資料を用いて復習すること（120分）．
第2回	エネルギーバンド構造(1)：結晶中の波動関数／電子の状態密度【事前学習】配付資料1.3〜1.4を読み，理解できない箇所を明確にしておくこと（120分）．【事後学習】講義を実施した範囲について，ノートおよび教科書を用いて復習した上で，課題を解いて提出すること（120分）．
第3回	エネルギーバンド構造(2)：ブラッグ回折／ブリルアン領域／電子の有効質量【事前学習】配付資料1.5〜1.8を読み，理解できない箇所を明確にしておくこと（120分）．【事後学習】講義を実施した範囲について，ノートおよび教科書を用いて復習した上で，課題を解いて提出すること（120分）．
第4回	エネルギーバンド構造(3)：単一井戸形ポテンシャル（無限障壁）の波動関数【事前学習】配付資料1.9を読み，理解できない箇所を明確にしておくこと（120分）．【事後学習】講義を実施した範囲について，ノートおよび教科書を用いて復習した上で，課題を解いて提出すること（120分）．
第5回	エネルギーバンド構造(4)：単一井戸形ポテンシャル（有限障壁）の波動関数【事前学習】配付資料1.10を読み，理解できない箇所を明確にしておくこと（120分）．【事後学習】講義を実施した範囲について，ノートおよび教科書を用いて復習した上で，課題を解いて提出すること（120分）．
第6回	キャリア密度・フェルミエネルギー：自由電子・正孔の状態密度／占有確率【事前学習】教科書1.4.2〜1.5.3を読み，理解できない箇所を明確にしておくこと（120分）．【事後学習】講義を実施した範囲について，ノートおよび教科書を用いて復習した上で，課題を解いて提出すること（120分）．
第7回	半導体の磁気効果：ホール効果／ホール係数【事前学習】教科書2.3を読み，理解できない箇所を明確にしておくこと（120分）．【事後学習】講義を実施した範囲について，ノートおよび教科書を用いて復習した上で，課題を解いて提出すること（120分）．
第8回	半導体の電気伝導：ドリフト・拡散／キャリアの生成・消滅【事前学習】教科書2.4〜2.5.3を読み，理解できない箇所を明確にしておくこと（120分）．【事後学習】講義を実施した範囲について，ノートおよび教科書を用いて復習した上で，課題を解いて提出すること（120分）．
第9回	pn接合ダイオード(1)：理想特性／電気容量【事前学習】教科書3.2, 3.4を読み，理解できない箇所を明確にしておくこと（120分）．【事後学習】講義を実施した範囲について，ノートおよび教科書を用いて復習した上で，課題を解いて提出すること（120分）．
第10回	pn接合ダイオード(2)：理想特性とのずれ／破壊現象【事前学習】教科書3.3, 3.5を読み，理解できない箇所を明確にしておくこと（120分）．【事後学習】講義を実施した範囲について，ノートおよび教科書を用いて復習した上で，課題を解いて提出すること（120分）．
第11回	pn接合ダイオード(3)：過渡応答【事前学習】教科書3.6.2を読み，理解できない箇所を明確にしておくこと（120分）．【事後学習】講義を実施した範囲について，ノートおよび教科書を用いて復習した上で，課題を解いて提出すること（120分）．
第12回	MOSFET：理想特性／応答時間／動作周波数【事前学習】教科書6.1.2を読み，理解できない箇所を明確にしておくこと（120分）．【事後学習】講義を実施した範囲について，ノートおよび教科書を用いて復習した上で，課題を解いて提出すること（120分）．
第13回	半導体デバイスの縮小化：比例縮小則／短チャネル効果【事前学習】教科書6.1.3を読み，理解できない箇所を明確にしておくこと（120分）．【事後学習】講義を実施した範囲について，ノートおよび教科書を用いて復習した上で，課題を解いて提出すること（120分）．
第14回	金属-半導体接合：ショットキー接触／接合形電界効果トランジスタ【事前学習】教科書4.1.1, 4.1.2, 6.2を読み，理解できない箇所を明確にしておくこと（120分）．【事後学習】講義を実施した範囲について，ノートおよび教科書を用いて復習した上で，課題を解いて提出すること（120分）．
第15回	総合演習【事前学習】これまでの講義実施範囲について，ノートおよび教科書を用いて復習し，質問などをまとめておくこと（120分）【事後学習】これまでの講義および総合演習について復習し，定期試験に備えること（120分）．

その他

教科書	松波弘之，吉本昌広『半導体デバイス』 series電気・電子・情報系7 共立出版 2004年第5版第１回〜第５回の講義内容については資料を配付する
参考書	S.M.Sze, Physics of Semiconductor Devices, John Wiley & Sons, Inc., 1981, 2 edition 古川静二郎『半導体デバイス』電子情報通信学会大学シリーズコロナ者 1982年第１版高橋　寛監修　大西一功･藤田　実共著『絵ときでわかる半導体デバイス』オーム社 2002年第１版「Physics of Semiconductor Devices」は半導体を研究したいと思う人は必ず読んで欲しい。「半導体デバイス」も良い参考書である。「絵ときでわかる半導体デバイス」は非常にやさしく書いてあり、前2書が少し手におえないと思う場合は参考になるであろう。
成績評価の方法及び基準	定期試験（60%）および課題提出などの平常点（40%）により評価．
質問への対応	随時，研究室およびメールにて対応．
研究室又は連絡先	高橋：4号館425室 (takahashi.yoshihiro@nihon-u.ac.jp) 呉：4号館425室 (wu.yan@nihon-u.ac.jp)
オフィスアワー	水曜船橋 12:15 ～ 13:15 高橋（425室）水曜船橋 13:15 ～ 14:15 呉（425室）
学生へのメッセージ	様々な電子装置が，目に見えない電子や正孔を制御することによって，大きな働きをしていることに興味を持っていただきたい．

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