電子物理学 【旧】

Physical Electronics 【旧】

9973397

杉山　睦

Mutsumi Sugiyama

2023年度前期、2023年度後期

First and Second semester

火曜1限

Tuesday 1st Period

創域理工学部　電気電子情報工学科

Department of Electrical Engineering, Faculty of Science and Technology

4.0単位

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対面授業/On-site class

【概要】今日にみられるエレクトロニクスの進展は物質のもつ物理的性質を大いに活用することで実現できている。本科目は、物理学の基礎である量子力学をスタートとし、その概念を半導体デバイス工学に適応させることで、身近な半導体製品の動作原理を、物理学的に理解できるようになる。

【目的】本科目、当学科のディプロマポリシーに定める第２項「電気工学、電子工学、情報通信工学の学問分野に共通した基礎学力と、その上に立つ各分野の専門知識。」を実現するための科目である。概要に示した一連の取り組みを通して、基礎的な半導体デバイスの動作原理とその背景にある量子力学について理解する事を目的とする。

【到達目標】本科目を通じて、量子力学の工学分野、とりわけ半導体等の固体デバイスへの応用を理解することを最終目的とし、前期では半導体物性工学の基本事項を学び、後期に入ると量子力学の初等概念に習熟する。半導体がもつ魅力的な性質について簡単な議論ができるようになる。

他学科、他学部生も履修可とする。

課題に対する作文　Essay

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（準備学習）各回の授業前に2時間程度、指定した教科書の授業内容に関連した部分を読んでおくこと
（復習）各回の講義内容を2時間程度復習し、各回の講義で説明した内容について理解の定着を図ること
予習・復習の範囲などは、LETUSで随時アナウンスする。

前期はレポート（3回実施)を10点×３、到達度評価試験(前期)が70点とし、後期はレポート（３回実施)を10点×３、到達度評価試験(後期)が70点とする。前期・後期各100点満点の成績を、前期50%、後期50%の割合として評価し、合計が60％以上を合格とする。
レポート課題は授業中に学習した内容を復習する内容、もしくは半導体の最新動向を調査する内容とし、５月中旬、６月中旬、７月末、10月末、11月末、1月頭に提出する事とする(授業の進捗状況に応じ多少ずれる事あり)

・S：到達目標を十分に達成し、極めて優秀な成果を収めている
・A：到達目標を十分に達成している
・B：到達目標を達成している
・C：到達目標を最低限達成している
・D：到達目標を達成していない
・-：学修成果の評価を判断する要件を欠格している

・S：Achieved outcomes, excellent result
・A：Achieved outcomes, good result
・B：Achieved outcomes
・C：Minimally achieved outcomes
・D：Did not achieve outcomes
・-：Failed to meet even the minimal requirements for evaluation

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教科書および一部の参考書は、MyKiTS (教科書販売サイト) から検索・購入可能です。
It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​https://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

特になし。

[前-01：電子物理学とは]
・本授業で扱う分野について紹介し、講義の目的を明らかにする。

[前-02：半導体の基礎１:キャリア：　教科書５．２章]
・半導体中のキャリア伝導のイメージと方程式、および応用について理解する。

[前-03：半導体の基礎２：不純物：　教科書５．３−４章]
・真性半導体について学習する。
・半導体における不純物のイメージと方程式、および応用について理解する。

[前-04：半導体の基礎３：キャリア統計：　教科書５．５章]
・不純物半導体のキャリア統計のイメージと方程式について理解する。

[前-05：半導体の基礎４：原子結合：　教科書２．１−２章]
・原子結合のタイプについてのイメージとおよび応用を理解する。

[前-06：半導体の基礎５：結晶：　教科書２．３章]
・結晶と対称性についてのイメージとを理解する。

[前-07：半導体の基礎６：逆格子：　教科書２．４章]
・ミラー指数と逆格子についてのイメージと方程式、および応用を理解する。

[前-08：半導体の基礎１：電気伝導：　教科書６．１章]
・電気伝導現象のイメージと方程式、および応用について理解する。

[前-09：半導体の基礎２：少数キャリア：　教科書６．２章]
・過剰少数キャリアのイメージと方程式、および応用について理解する。

[前-10：半導体の基礎３：ｐｎ接合：　教科書６．３章]
・pn接合のイメージと方程式、および応用について理解する。

[前-11：半導体の基礎４：バイポーラ電子デバイス：　教科書６．４章]
・pn接合ダイオードのイメージと方程式、および応用について理解する。
・バイポーラトランジスタについて理解する。

[前-12：半導体の基礎５：ユニポーラ電子デバイス：　教科書６．５−６章]
・MOSキャパシタのイメージと方程式、および応用について理解する。
・MOSFETのイメージと方程式、および応用について理解する。

[前-13：半導体の基礎６：半導体発光デバイス：　教科書６．７−９章]
・発光と受光の物理現象について理解する。
・発光ダイオードのイメージと方程式、および応用について理解する。
・レーザダイオードのイメージと方程式、および応用について理解する。

[前-14：半導体の基礎７：半導体受光デバイス：　教科書６．１０−１１章]
・フォトダイオードのイメージと方程式、および応用について理解する。
・太陽電池のイメージと方程式、および応用について理解する。

[前-15：到達度評価（対面授業）]
・前期範囲の試験を行うと共に、半導体の基礎と製品の動作原理を総括する。


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[後-01：前期のまとめと後期の概要]
・後期で扱う分野について紹介し、講義の目的を明らかにする。

[後-02：電磁誘導]
・モーターなどの基礎となる、電気と磁気との関係を理解する。

[後-03：電磁波]
・無線通信などの基礎となる、電磁波の性質について理解する。

[後-04：原子]
・原子模型やパウリの排他律など、量子力学を扱うために必要な、原子について理解する。

[後-05：量子力学１：シュレディンガー方程式]
・シュレディンガー方程式の導出についてのイメージと計算方法について理解する。

[後-06：量子力学２：量子化]
・物理量の量子化についてのイメージをつかみ、固有値について理解する。

[後-07：量子力学３：電子のエネルギー]
・自由電子エネルギーについてのイメージと方程式、および応用を理解する。

[後-08：量子力学４：波動関数]
・周期的ポテンシャル中の波動関数についてのイメージと方程式を理解する。

[後-09：量子力学５：エネルギーバンド]
・エネルギーバンドのイメージと方程式、および応用について理解する。

[後-10：量子力学６：フォノンと熱力学]
・フォノンのイメージと方程式、および応用について理解する。

[後-11：演習]
・量子力学に関する演習問題を解くことにより、理解の定着を図る。

[後-12：電子のエネルギー１]
・電子のエネルギー分布のイメージと方程式、および応用について理解する。

[後-13：電子のエネルギー２（電子の運動）]
・電子の運動のイメージと方程式、および応用について理解する。

[後-14：電子のエネルギー３：量子化]
・格子振動の量子化のイメージと方程式、および応用について理解する。

[後-15：到達度評価（対面授業）]
・後期範囲の試験を行うと共に、電気物理学の基礎を総括する。

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