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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	半導体工学基礎 Fundamentals of Semiconductor Physics	2	K415-01	2026年度４期（後学期）	修学規程第4条を参照

担当教員名
山口　敦史＊

＊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 2.半導体製造プロセス 3.古典的電子伝導モデル 4.量子力学の基礎 5.固体のエネルギーバンド理論

現代のあらゆる技術領域を支えている半導体について、各領域でより専門的に学んでいくための基礎知識を物理的・数学的考察に基づいて習得する。具体的には、結晶構造、古典的電子伝導モデル、量子力学の基礎、エネルギーバンド理論、半導体材料物性等について原子・分子レベルのミクロな視点から理解するとともに、高純度結晶作製やフォトリソグラフィ等の半導体製造プロセスの基礎を学習する。（関連する学習・教育目標：M）

授業の概要および学習上の助言

授業では、以下の内容について学ぶ。（１）半導体デバイスに関する歴史、社会情勢など（イントロダクション）（２）高純度結晶作製、半導体デバイス製造プロセス（３）結晶構造（４）古典的な電子伝導モデル（５）量子力学の基礎（６）固体のエネルギーバンド理論（７）半導体物性、半導体デバイスの基礎なお、（１）（２）に関しては生成AI等を活用して最新情報を調査することもある。

教科書および参考書・リザーブドブック
教科書：新版　電子物性[森北出版株式会社] 参考書：指定なしﾘｻﾞｰﾌﾞﾄﾞﾌﾞｯｸ：指定なし

履修に必要な予備知識や技能

多くの学生は、他の科目と比較して、やや難しく感じるだろう。それは、これまでに学んだ経験がない全く新しい物理学（量子力学）を勉強するからでしょう。しかし、物事の本質を理解する｢量子現象の基礎｣の理解が進むと、非常に魅力的な科目と感じると思います。本科目を学習する上で重要なことは、これまでに学んだ物理学（古典物理学）と数学を確実に理解（習得）していることです。そして､①疑問をもつ､②数式を自分で導出する、③数式の意味および現象を物理的に理解することです。

学生が達成すべき行動目標
No.	学科教育目標（記号表記）
①	M	半導体について、その役割、物性やデバイスの基礎を説明できる。
②	M	固体の結晶について、結合力、代表的な結晶構造などが説明できる。
③	M	結晶内の電子の運動について、ドルーデ理論、移動度、緩和時間、有効質量などを用いて説明できる。
④	M	量子力学の基礎を理解し、シュレーディンガー波動方程式を実際に使うことができる。
⑤	M	原子，分子そして結晶状態のエネルギー準位の変化、および、固体におけるエネルギーバンドの形成を説明できる。
⑥	M	エネルギーバンド理論を用いて、導体、半導体、および絶縁体の違いを説明できる。

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	20	20	5	0	0	0	0	45
		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	0	0	5	0	0	0	0	5
		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	①	レ	試験（４０％）の評価：　達成度を確認するための試験を実施する。
	②	レ
	③	レ
	④	レ
	⑤	レ
	⑥	レ
クイズ小テスト	①	レ	小テスト（４０％）の評価：　出題範囲を決めて小テストを実施する。小テストでは、提出されたレポートの理解度を確認する問題も出題する場合がある。また、授業中に予告なく、小テストを実施する場合がある
	②	レ
	③	レ
	④	レ
	⑤	レ
	⑥	レ
レポート	①	レ	レポート(２０％)の評価：　演習問題に関するレポートの内容、数式の導出についての課題のレポートの内容及び理解度確認の結果をもって評価する。
	②	レ
	③	レ
	④	レ
	⑤	レ
	⑥	レ
成果発表 (口頭・実技)	①
	②
	③
	④
	⑤
	⑥
作品	①
	②
	③
	④
	⑤
	⑥
ポートフォリオ	①
	②
	③
	④
	⑤
	⑥
その他	①
	②
	③
	④
	⑤
	⑥

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

①社会情勢，電子物性等の多面的な観点から総合的に半導体デバイスの役割，重要性が説明できる。 ②結晶の結合力を理解して代表的な結晶構造が説明できる。 ③量子力学の基礎を理解して、シュレーディンガー波動方程式が説明できるとともに種々の適用例について解の導出と解が意味する事柄の説明ができる。 ④固体のエネルギーバンド構造をモデルから導くことができ、これを用いて固体の電気伝導や導体、半導体、絶縁体の違いを説明できる。 ⑤エネルギーバンド理論を用いて、半導体の電子物性やデバイス動作を定量的に説明できる。

①半導体デバイスの役割，重要性が説明できる。 ②代表的な結晶構造が説明できる。 ③量子力学の基礎を理解して、シュレーディンガー波動方程式が説明できるとともに種々の適用例での結果を説明することができる。 ④固体のエネルギーバンド構造が説明でき、これを用いて固体の電気伝導や導体、半導体、絶縁体の違いを説明できる。 ⑤エネルギーバンド理論を用いて、半導体の電子物性やデバイス動作を説明できる。

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	＜配布資料、等＞半導体デバイスに関するイントロダクションとして、半導体の歴史、半導体を取り巻く社会情勢などについて学ぶ。	講義と質疑	予習・復習	予復習 200
2	＜配布資料、等＞半導体デバイス製造プロセス（高純度結晶作製、成膜、フォトリソグラフィ、イオン注入、最先端技術など）の基礎について学ぶ。	講義と質疑	予習・復習	予復習 200
3	＜教科書第１章、第４章＞結晶の結合力（イオン結合、共有結合、金属結合）、代表的な結晶構造などについて学ぶ。古典的な電子伝導モデル（固体内の電子の動き）について学ぶ。	講義と質疑	予習・復習	予復習 200
4	＜教科書第５章＞量子力学の基礎（粒子性と波動性、不確定性原理、シュレーディンガー波動方程式など）について学ぶ。	小テスト、講義と質疑	予習・復習	予復習 200
5	＜教科書第５章＞量子力学の基礎（井戸型ポテンシャルなどのシュレーディンガー波動方程式の適用例）について学ぶ。	講義、質疑	予習・復習	予復習 200
6	＜教科書第５章＞量子力学の基礎（水素原子、量子数、パウリの排他原理、電子軌道、電子配置など）について学ぶ。	講義と質疑	予習・復習	予復習 200
7	＜中間振り返り、総合演習＞１〜６回目授業までの範囲の理解力のチェック（小テスト含む）	小テスト、振り返り	予習・復習	予復習 200
8	＜教科書第６章＞固体のエネルギーバンド理論（金属の自由電子モデル、フェルミ・ディラック分布、金属の電子密度分布とフェルミレベルなど）について学ぶ。	講義と質疑	予習・復習	予復習 200
9	＜教科書第６章＞固体のエネルギーバンド理論（クローニッヒ・ペニーのモデルなど）について学ぶ。	講義と質疑	予習・復習	予復習 200
10	＜教科書第６章＞固体のエネルギーバンド理論（結晶内における電子の運動、金属・半導体・絶縁体のエネルギーバンド構造など）について学ぶ。	講義と質疑	予習・復習	予復習 200
11	＜教科書第７章＞半導体物性の基礎（真性半導体、n型半導体，p型半導体など）について学ぶ。	小テスト、講義と質疑	予習・復習	予復習 200
12	＜教科書第７章＞半導体物性の基礎（ホール効果など）について学ぶ。半導体デバイスの基礎（ダイオードなど）について学ぶ。	講義と質疑	予習・復習	予復習 200
13	＜教科書第７章＞半導体デバイスの基礎（トランジスタなど）について学ぶ。	講義と質疑	予習・復習	予復習 200
14	これまでの授業内容の理解度をチェックする（達成度試験含む）。	達成度試験、講義と質疑	予習・復習	予復習 200
15	達成度試験の返却、振り返り、自己点検	振り返り、自己点検	予習・復習	予復習 200