2020年 理工学部 シラバス - 電気工学科
設置情報
| 科目名 | 半導体デバイスの基礎 | ||
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| 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 | 木曜2 |
| 校舎 | 駿河台 | 時間割CD | I42M |
| クラス | |||
| 履修系統図 | 履修系統図の確認 | ||
概要
| 学修到達目標 | 電気電子機器のほとんど全てにダイオードやトランジスタ、太陽電池や半導体レーザーなどの半導体デバイスが使われている。そのような機器を適切に使用し、あるいは設計するためには半導体デバイスについての知識は重要である。この授業では各種半導体デバイスの基本となる半導体の物性およびその電気的特性の基礎をはじめとして、半導体デバイスの基本であるダイオード、トランジスタの動作原理や構造等について講義する。 |
|---|---|
| 授業形態及び 授業方法 |
板書とプロジェクタを併用した講義形式で行う。 |
| 履修条件 | 大学初等レベルの数学，基礎物理学の知識があること。「物性の基礎」を履修していることが望ましい． |
授業計画
| 第1回 | 半導体工学の概要とその位置づけを解説する。 【事前学習】半導体とその応用，デバイス発展の歴史的な経緯などの一般的な概要を事前調査（１２０分） 【事後学習】講義の内容のまとめと疑問点の整理．（１２０分） |
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| 第2回 | 半導体とその種類: 半導体の性質と種類、結晶構造などについて解説し、半導体工学で使用する基礎的用語等について説明する。 【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 | 半導体の基礎物性：半導体デバイスの電気的性質や特性を理解するための基礎として、半導体の電子状態やエネルギーバンドの構造、状態密度等について講義する。 【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 | 半導体のバンド構造とキャリヤ Ⅰ：真性半導体のエネルギーバンド構造や、フェルミ分布関数とフェルミ準位、状態密度について講義し、真性半導体の基本的な性質を学ぶ。 【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5回 | 半導体のバンド構造とキャリヤ Ⅱ：不純物半導体のエネルギーバンド構造や、キャリアの種類、フェルミ準位と状態密度について講義し、不純物半導体の基本的な性質を学ぶ。 【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6回 | 半導体の電気伝導：半導体内におけるキャリヤの移動が主にドリフトと拡散によることを講義し、電界・磁界による半導体内のキャリアの移動と電気伝導特性について学ぶ。 【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7回 | ｐｎ接合：半導体デバイスの基礎的な構造単位であるｐｎ接合の素子構造から講義をはじめ、現象論的な視点からｐｎ接合の基本特性を理解する。その後、エネルギーバンド構造による、より詳しい理解にすすむ。 【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 | 金属と半導体の接触：半導体と金属を接触させたときに現れる電位障壁と整流作用について講義する。 【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 | 電界効果型トランジスタ I：電界効果型トランジスタの素子構造から講義をはじめ、現象論的な視点からこのトランジスタの動作原理を理解する。特にMOSFETについてとりあげ、金属‐絶縁体‐半導体（MOS）構造の基本動作原理について講義する。 【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10回 | 電界効果型トランジスタ II：MOSFETの基本動作、特に電流‐電圧の関係について講義し、センサー等への簡単な応用例についても解説する。 【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11回 | バイポーラトランジスタ I：バイポーラトランジスタの素子構造から講義をはじめ、現象論的な視点からバイポーラトランジスタの動作原理を理解する。その後、エネルギーバンド構造に基づいたより詳細な解説をおこなう。 【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 | バイポーラトランジスタ II：バイポーラトランジスタの基本動作、特に電流‐電圧の関係につ いて講義し、いくつかの基本となる増幅回路についても解説する。またMOSFETとの比較によってそれぞれのデバイスの特性を理解する。 【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13回 | CMOS論理回路：MOSFETの組み合わせによるいくつかの基本となる論理回路について講義をする. 【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14回 | 理解度確認試験及び解説を行う． 【事前学習】講義全体の復習と試験の準備．（３００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） |
| 第15回 | 光デバイス等各論：半導体デバイスの応用例として、近年目覚しい発展を遂げている発光ダイオード、太陽電池などの光デバイスについて、その基本動作原理と特性について紹介する。 講義の総括をする． 【事前学習】事前の予告があった箇所について予習．（３０分） 【事後学習】講義内容のまとめと疑問点の整理．（３０分） |
その他
| 教科書 |
和保孝夫 『電子デバイス』 コロナ社 2013年
基礎的な事項に絞って、平易に解説している教科書。
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| 参考書 |
S.M. Sze 『半導体デバイス―基礎理論とプロセス技術』 産業図書 2004年 第2版
B.L. アンダーソン，ほか． 『半導体デバイスの基礎』 丸善出版 2011年
石田哲朗，清水東 『半導体素子』 コロナ社 2005年
Simon Sze, Ming-Kwei Lee, Semiconductor Devices, Wiley & Sons, 2013, 3 edition
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| 成績評価の方法 及び基準 |
平常試験の評価80％、演習と課題の評価20％とする総合評価を行う。 |
| 質問への対応 | 随時対応する |
| 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 ８号館８１１室
金曜 駿河台 15:00 ～ 16:30 ８号館８１１室
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| 学生への メッセージ |
「電子デバイス」を受講する予定の者はこの講義を受講しておいて下さい。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。本学図書館の関連蔵書を十分に活用して下さい。 |