電気材料学特論１

Advanced Electronic Materials 1

997C409

73ELMAE501

永田　肇

Hajime Nagata

2024年度後期

2024/the Second Semester

水曜5限

Wednesday, 5th Class hour

創域理工学研究科　電気電子情報工学専攻

Department of Electrical Engineering, Graduate School of Science and Technology

2.0単位

講義

Lecture

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① [対面]対面授業/ [On-site] On-site class

電気エネルギーと機械エネルギーを相互変換する圧電素子は、各種の圧力センサやアクチュエータ・超音波デバイス等の様々な電子デバイスに用いられている。電気材料学特論１では，圧電現象を理解し、圧電性を表現する圧電基本方程式の扱い、さらには圧電共振を知るとともに、様々な圧電材料や各種圧電デバイスの動作・構造・材料等について理解を深める。
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Piezoelectric elements that can mutually convert electrical energy and mechanical energy are used in various electronic devices such as various pressure sensors, actuators, ultrasonic devices and so on. In this course, student can understand the piezoelectric phenomenon, basic piezoelectric equations, piezoelectric resonance, piezoelectric materials as well as the operation, structure, and materials of various piezoelectric devices.

本科目は、本専攻のディプロマポリシーに定める「電気工学専攻における電気工学、電子工学、情報通信工学の３つの専門分野のうち少なくとも１つの専門分野についての極めて高度な専門知識」を実現するための科目である。
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This course is designed to realize "extremely high level of expertise on at least one special field of three specialized majors of electrical engineering, electronic engineering, information and communication engineering in Department of Electrical Engineering" which is defined in the diploma policy of the Department.

電子機能材料の1つである圧電材料や圧電現象を理解し、エレクトロニクス分野・メカトロニクス分野でどのように利⽤されているのかを理解できるようになる。　
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Required outcome for this course is to be able to understand the piezoelectric phenomenon and materials which is one of the electronic functional materials, and how it is used in the fields of electronics and mechatronics.

リンク先の [評価項目と科目の対応一覧]から確認できます（学部対象）。
履修登録の際に参照ください。
​You can check this from “Correspondence table between grading items and subjects” by following the link(for departments).
https://www.tus.ac.jp/fd/ict_tusrubric/​​​

特に無し
Nothing special.

課題に対する作文　Essay／小テストの実施　Quiz type test

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（準備学習）各回の授業前に2時間程度、前回の講義で指示した内容について予習しておくこと。
（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。
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(Preparation) Conduct adequate surveys about each topic theme instructed in the last lecture, spending more than 2 hours each time.
(Review) Summarize each lecture content for about 2 hours, and try to fix the understanding about the contents explained in the each lecture.

各回の講義中に実施する確認テストの合計点を100点満点に換算し、60点以上を合格とする。
[フィードバックの⽅法] 確認テストの解答例を解説する。

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The total score of the confirmation tests during each lecture will be converted to the perfect score of 100. Then, the criteria for a decision of passing is the score higher
than or equal to 60%.
[Feedback] Explaining the answer examples for small assurance test.

・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

N

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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。
​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

It is possible to search for and purchase textbooks and certain reference materials at MyKiTS (online textbook store).
​​https://mirai.kinokuniya.co.jp/tokyorika/

その都度紹介する
Course material will be introduced in some cases.

1. 序論
本講義の概要を説明する。

2. 誘電体現象論(1)
誘電体の分極機構について理解する。

3. 誘電体現象論(2)
動的誘電率について知り、周波数分散について理解する。

4. 分極と圧電現象
圧電現象の起源を圧電材料の分極状態の観点から理解する。

5. 圧電基本方程式
圧電性を表す圧電基本方程式について理解する。

6. 圧電振動子の準静的等価回路(1)
圧電振動子の直流的な準静的等価回路を理解する。

7. 圧電振動子の準静的等価回路(2)
Masonの等価回路について理解する。

8. 圧電振動と共振
圧電素子の共振現象について理解する。

9. 圧電特性の評価方法
圧電特性の評価方法について理解する。

10. 圧電材料(1)
様々な圧電単結晶や圧電薄膜材料の特徴や性能を理解する。

11. 圧電材料(2)
様々な圧電セラミックスの特徴や性能を理解する。

12. 超音波⾳響デバイス
圧電振動子を用いた超⾳波音響デバイスとして、超音波診断装置の動作原理や構造・特徴などを理解する。

13. 動的超音波デバイス
超音波モータや超音波洗浄機等といった動的超音波デバイスの動作原理や構造・特徴などを理解する。

14. フィルタ・レゾネータ・SAW/BAW
圧電振動子基板を用いたフィルタ・レゾネータ・SAW/BAWデバイスの動作原理や構造・特徴などを理解する。

15. まとめ
最近のTopicsを紹介するとともに、本講義の総復習をおこない、知識の定着を図る


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1. Introduction
Explaining the outline of this lecture.

2. Dielectric phenomenon theory (1)
Understanding the polarization mechanism of dielectrics.

3. Dielectric phenomenon theory (2)
Understanding dynamic permittivity and frequency relaxation.

4. Polarization and piezoelectric phenomenon
Understanding the origin of the piezoelectric phenomenon from the viewpoint of the polarization state of piezoelectric materials.

5. Piezoelectric basic equation
Understanding the basic piezoelectric equations that express piezoelectricity.

6. Quasi-static equivalent circuit of piezoelectric vibrator (1)
Understanding the DC quasi-static equivalent circuit of piezoelectric vibrators.

7. Quasi-static equivalent circuit of piezoelectric vibrator (2)
Understanding Mason's equivalent circuit.

8. Piezoelectric vibration and resonance
Understanding the resonance phenomenon of piezoelectric elements.

9. Evaluation method of piezoelectric characteristics
Understanding how to evaluate piezoelectric characteristics.

10. Piezoelectric materials (1)
Understanding the characteristics and performance of various piezoelectric single crystals and piezoelectric thin films.

11. Piezoelectric materials (2)
Understanding the characteristics and performance of various piezoelectric ceramics.
12. Ultrasonic sound device

Understanding the operating principle, structure, and features of ultrasonic diagnostic equipment as an ultrasonic acoustic device by using piezoelectric elements.

13. Dynamic ultrasound device
Understanding the operating principle, structure, and features of dynamic ultrasonic devices such as ultrasonic motors and ultrasonic cleaners.

14. Filter / Resonator / SAW / BAW
Understanding the operating principle, structure, and features of filters, resonators, and SAW / BAW devices of piezoelectric substrates.

15. Summary
Introducing recent topics and reviewing this lecture for reminding knowledge.

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講義形式
Lecture style

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