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学習支援計画書(シラバス) 検索システム
専門教育課程 電気電子工学科(2018年度入学〜)
授業科目区分 科目名 単位数 科目コード 開講時期 履修方法
専門教育課程
専門科目
専門
半導体工学
Semiconductor Physics and Devices
2 E627-01 2022年度
5期(前学期)
修学規程第4条を参照
担当教員名
*印は、実務経験のある教員を示しています。
授業科目の学習・教育目標
キーワード 学習・教育目標
1.半導体物性 2.pn接合 3.ショットキー接触 4.ダイオード 5.トランジスタ 光・電子デバイスやエネルギーデバイスの各種半導体デバイスの動作原理を説明するために 必要な半導体の基礎を学習する。特に,各種の半導体デバイスにおいて利用されているpn 接合および金属-半導体接触について、「物性工学」で学習したバンド理論を用いて理解す る。さらに、それらに基づいて,各種ダイオード,バイポーラ(pnpおよびnpn接合形 )トランジスタおよび電界効果トランジスタ(FET)のデバイス構造、動作原理と特性を 学ぶ。
授業の概要および学習上の助言
「物性工学」で学習したバンド理論や半導体基礎物性の理解を前提として、「物性工学」で取り上げなかった基礎物性の詳細 を学習する。 そして、それらをベースとして、pn接合や金属-半導体(MS)接触を利用するダイオードの動作原理・諸特 性を定量的に学習する。さらに、2つの代表的なトランジスタ(バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ)について 動作原理・諸特性を学習する。授業で取り上げる内容は下記のとおりである。 [A]半導体の基礎物性  1.状態密度と分布関数  2.不純物半導体のキャリア密度  3.ドリフト電流と拡散電流 [B]ダイオード  4.pn接合ダイオードのI-V特性、C-V特性、降伏現象  5.MS接触とショットキーダイオード [C]トランジスタ  6.バイポーラトランジスタの動作原理・諸特性  7.MOS構造の性質  8.MOSFETの構造、動作原理・諸特性
教科書および参考書・リザーブドブック
教科書:基礎電子工学 第2版[森北出版] 参考書:半導体デバイス工学[森北出版]、電子デバイス物性[日本理工出版] リザーブドブック:指定なし
履修に必要な予備知識や技能
「電子工学」、「物性工学」の内容を理解していることを前提として授業を進める。また、デバイス特性に関する数式を導出 するにあたり、微分方程式などの数学、運動方程式など物理学の知識についても既に修得しているものとして授業を進める。
学生が達成すべき行動目標
No. 学科教育目標
(記号表記)
J,L ドリフト電流と拡散電流について、定量的に説明できる。
J,L pn接合とMS接触のバンド図を描き、バイアス電圧を印加した時のキャリアの挙動を説明できる。
J,L pn接合およびショットキーダイオードの動作原理を説明でき、I-V特性おびC-V特性に関する関係式を導出できる。
J,L バイポーラトランジスタと電界効果トランジスタの動作原理を説明できる。
達成度評価
評価方法
試験 クイズ
小テスト
レポート 成果発表
(口頭・実技)
作品 ポートフォリオ その他 合計
総合評価割合 40 40 20 0 0 0 0 100
指標と評価割合 総合評価割合 40 40 20 0 0 0 0 100
総合力指標 知識を取り込む力 15 15 5 0 0 0 0 35
思考・推論・創造する力 10 10 5 0 0 0 0 25
コラボレーションと
リーダーシップ
0 0 0 0 0 0 0 0
発表・表現・伝達する力 5 5 5 0 0 0 0 15
学習に取組む姿勢・意欲 10 10 5 0 0 0 0 25
※総合力指標で示す数値内訳、授業運営上のおおよその目安を示したものです。
評価の要点
評価方法 行動目標 評価の実施方法と注意点
試験 達成度を確認するための試験を実施する。
クイズ
小テスト
授業の進行状況に合わせて、主に行動目標の達成度を逐次確認することを目的とした小テストおよびクイ ズを実施する。
レポート 行動目標を着実に達成することを目的とし、授業の進行状況に合わせて授業と教科書の内容から課題を提 示する。レポートは指定された期日までに提出しなければならない。
成果発表
(口頭・実技)
作品
ポートフォリオ
その他
具体的な達成の目安
理想的な達成レベルの目安 標準的な達成レベルの目安
数学や物理の基礎を理解し、それらを駆使して、行動目標の4 項目をほぼ確実に達成しているレベル。 行動目標の4項目を60%から70%達成しているレベル
CLIP学習プロセスについて
一般に、授業あるいは課外での学習では:「知識などを取り込む」→「知識などをいろいろな角度から、場合によってはチーム活動として、考え、推論し、創造する」→「修得した内容を表現、発表、伝達する」→「総合的に評価を受ける、GoodWork!」:のようなプロセス(一部あるいは全体)を繰り返し行いながら、応用力のある知識やスキルを身につけていくことが重要です。このような学習プロセスを大事に行動してください。
※学習課題の時間欄には、指定された学習課題に要する標準的な時間を記載してあります。日々の自学自習時間全体としては、各授業に応じた時間(例えば2単位科目の場合、予習2時間・復習2時間/週)を取るよう努めてください。詳しくは教員の指導に従って下さい。
授業明細
回数 学習内容 授業の運営方法 学習課題 予習・復習 時間:分※
1回 講義内容、進め方についてのガイダンス 半導体工学を学ぶ意味について学習する。 講義と質疑 教科書のみの記述では不足、 不十分な箇所は、適宜パワー ポイントや配布資料で補足す る。小テスト、レポートおよ び演習を適宜実施する。 講義に際し、常に予習と復習を心 掛けること。教科書を基に予習を しておくこと。 100
2回 第5章 キャリア密度と電気伝導率 (前半) 講義と質疑 演習問題 振り返り 予習と復習 授業中に示された重要ポイントを 中心に復習を行うこと 200
3回 第5章 キャリア密度と電気伝導率 (後半) 講義と質疑 演習問題 振り返り 予習と復習 授業中に示された重要ポイントを 中心に復習を行うこと 200
4回 第6章 有効質量と移動度 講義と質疑 演習問題 振り返り 予習と復習 授業中に示された重要ポイントを 中心に復習を行うこと 200
5回 第7章 拡散電流と連続の方程式 講義と質疑 演習問題 振り返り 予習と復習 授業中に示された重要ポイントを 中心に復習を行うこと 200
6回 第8章 pn接合(前半) 講義と質疑 演習問題 振り返り 予習と復習 授業中に示された重要ポイントを 中心に復習を行うこと 200
7回 第8章 pn接合(後半) 講義と質疑 演習問題 振り返り 予習と復習 授業中に示された重要ポイントを 中心に復習を行うこと 200
8回 振り返りと中間試験 振り返り 試験の実施 予習と復習 授業中に示された重要ポイントを 中心に復習を行うこと 200
9回 第9章 バイポーラトランジスタ 講義と質疑 演習問題 振り返り 予習と復習 授業中に示された重要ポイントを 中心に復習を行うこと 200
10回 第10章 金属-半導体接合 講義と質疑 演習問題 振り返り 予習と復習 授業中に示された重要ポイントを 中心に復習を行うこと 200
11回 第11章 金属-絶縁体ー半導体構造 講義と質疑 演習問題 振り返り 予習と復習 授業中に示された重要ポイントを 中心に復習を行うこと 200
12回 第12章 MOSFET(前半) 講義と質疑 演習問題 振り返り 予習と復習 授業中に示された重要ポイントを 中心に復習を行うこと 200
13回 第12章 MOSFET(後半) 講義と質疑 演習問題 振り返り 予習と復習 授業中に示された重要ポイントを 中心に復習を行うこと 200
14回 振り返りと期末試験 振り返り 試験の実施 授業で学んだ内容を復習し、試験 に備えて予習する 200
15回 自己点検授業 試験についての模範解答の説明、概評 理解が不十分な内容についての指導 講義と質疑 行動目標に対する自己の達成度を 点検し、理解が不足している部分 を学習する。 100