半導体基礎工学１

Fundamentals of SemiconductorEngineering 1

994331R

43ELELD201

福地　裕

Yutaka Fukuchi

2026年度後期

2026年度

②Second semester

火曜4限

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工学部　電気工学科

Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering

2.00単位

講義

Lecture

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⑥ [遠隔]ブレンド型授業/ [Remote] Blended format (may include less than 50% classes held on-site)

コンピュータ、電気光通信等、エレクトロニクス分野における半導体技術の占める割合は大きい。本科目は、半導体工学の基礎を扱う。

本講義の目的は、半導体工学の進歩をもたらしたエネルギー帯理論に基づく半導体物性論などについて学ぶことである。また、半導体の電気的特性や光学的特性を踏まえて、それらの応用分野を概観することである。

本授業の到達目標は、固体電子論に基づいた半導体物性および半導体電子デバイスの理解と、デバイス作製などの技術を習得することである。また、光半導体デバイスを理解し、その応用のための実力を養うことである。

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/​​​

物理学、特に量子力学の基礎を理解していることが望ましい。

課題に対する作文　Essay／小テストの実施　Quiz type test

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授業計画に沿って毎回準備学習を１時間程度行い、週毎に授業内容の復習を１時間程度行うこと。

中間試験と課題20%，期末試験80%により評価する。

・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

Y

書名：半導体の基礎 -量子力学・半導体物性からデバイス応用-
著者：入江 泰三, 中西 久幸, 杉山 睦
出版社：工学図書
ISBN：9784769204862

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://gomykits.kinokuniya.co.jp/tokyorika/​​​

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

教科書を準備しなくても授業内容を最低限理解できるように、解説資料や補足説明資料などを配布する。適宜演習問題のプリントを配布する。

この授業は、最も効果的・効率的な授業の実施⽅法として[遠隔]ブレンド型授業を採用し、同時かつ双方向に行われます。

以下に示すシラバスの授業計画に沿って、LETUSに授業で用いる解説教材や、定期的な理解度を把握するための小テスト、振り返り、演習、課題等を計画的に展開します。

授業ではその回の解説の後、質問のための時間を確保するとともに、Zoomチャット機能等を用いて振り返り課題を毎回出し、提出を求めます。

振り返り課題に対する解説は、全て次回の授業の中で行い（フィードバック）ます。

教員と学生間および学⽣同⼠の意⾒交換やコミュニケーションの機会等も、対面回とオンライン回の両方で確保しす。

授業を進めて行く中での周知事項等は、授業の中で伝えるかLETUSへの掲示で行います。

授業の進め方や評価等についての詳しい説明は、LETUSの解説動画で確認できます。


1.　序論
最初に、半導体素子の誕生から現在に至るまでの歴史を概観する。次に、電気抵抗、古典的電子ガスモデルとその問題点、緩和時間、電界と磁界があるときの電子運動などについて学ぶ。

2.　結晶
固体における結合の形、結晶の対称性、結晶構造について学ぶ。次に、ミラー指数、逆格子、結晶の不完全性について学ぶ。

3.　電子波と状態の数
電子波の概念、一定ポテンシャル場の中の電子、状態の数について学ぶ。

4.　エネルギー帯
周期的ポテンシャル場の中の電子、クローニッヒ・ペニーのモデル、禁制帯の物理的意味について学ぶ。次に、ブリルアン帯、無格子バントとエネルギー帯図について学ぶ。

5.　電子のエネルギー分布
統計法則とエントロピー、フェルミ・ディラック分布、フェルミ・ディラック分布関数の性質、電子密度について学ぶ。

6.　電子の運動
電子の運動方程式、負の実効質量と正孔の概念について学ぶ。次に、 電気伝導、金属と絶縁体と半導体の違い、正孔による電気伝導について学ぶ。また、第１回目で説明した古典的電子ガスモデルの問題点が、エネルギー帯理論によってどのように解決されるかを理解する。

7.　半導体概説（１）
ここではまず、エネルギー帯や、金属と絶縁体と半導体の違いなどについて復習する。次に、少数キャリアと多数キャリア、半導体における不純物の役割などについて学ぶ。

8.　半導体概説（２）
p形とn形、pn接合と整流性、トランジスタの原理、その他のpn接合素子、半導体素子の作製法などについて学ぶ。

9.　半導体（１）
半導体中のキャリア平衡、真性半導体と不純物半導体について学ぶ。

10.　半導体（２）
不純物半導体のキャリア統計、縮退半導体、過剰少数キャリアの平衡などについて学ぶ。

11.　光半導体（１）
光半導体の基礎、材料、および構成について学ぶ。

12.　光半導体（２）
発光ダイオード、単一および多モードの半導体レーザの特性、構造、および機能について学ぶ。

13.　光半導体（３）
光検出器の動作原理、材料、種類、構造、および特性を理解する。これらを踏まえて、フォトダイオードや、太陽電池、CCDやCMOSを用いた撮像素子などについて学ぶ。

14.　電子工学の応用分野と最近のトピックス
電子工学の応用分野を概観し、関連する最近のトピックスについていくつか紹介する。

15.　到達度の確認と解説
講義内容のまとめを行い、本科目の授業内容に関する理解度や到達度の確認とその解説を行う。

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特になし。

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