2023年度学院等開講科目物質理工学院材料系

半導体材料及びデバイス

開講元: 材料系
担当教員: 山口晃 / 定昌史
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 月7-8 (S7-202) / 木7-8 (S7-202)
クラス: -
科目コード: MAT.C305
単位数: 200
開講時期: 2023年度
開講クォーター: 3Q
シラバス更新日: 2025年7月8日
使用言語: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

材料の観点から半導体を理解することを目的に、半導体に関して、バンド構造を基にしてその電子物性の基礎と応用を講義する．前半は固体内電子のエネルギーや密度，分布則などについて基礎的な考え方を学んだ後，固体中の電気伝導理論について学習し、さらに半導体デバイスの基本要素であるpn接合、金属‐半導体接触について学習する．後半は半導体材料の種類、製造プロセスに加え、トランジスタやメモリなどのpn接合を基軸としたデバイス応用について学習する。

到達目標

本講義を履修することで，固体の電子物性と電気伝導の原理を根本から理解し，半導体材料とそれを利用したデバイスの基礎的事項に習熟することで、新しい材料、デバイスを開発する基礎力を身に付けることを到達目標とします。

キーワード

バンド構造、キャリアの状態密度、真性キャリア濃度、pn接合、金属半導体接合、ドーピング、ダイオード、トランジスタ

学生が身につける力

専門力
教養力
コミュニケーション力
展開力 (探究力又は設定力)
展開力 (実践力又は解決力)

授業の進め方

1) 講義の後半で，その日の教授内容に関する演習問題に取り組んでもらいます。
2) 毎回の授業で出席を取ります。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	固体の導電率，固体内の電子状態	導電率の意味の理解
第2回	導体・半導体・絶縁体のエネルギー帯構造	導体・半導体・絶縁体のエネルギー帯構造の違いの理解
第3回	許容帯中の電子の状態密度、電子の運動	許容帯中の電子の状態密度の説明
第4回	半導体の電気伝導現象	半導体の電気伝導現象の起源の理解
第5回	半導体中のキャリヤの振舞い	p型、n型半導体における多数キャリアと少数キャリアの振る舞いを説明できる
第6回	半導体－半導体接合	p型半導体-n型半導体の接合に関する理解
第7回	金属－半導体接触、金属－絶縁体－半導体接触	金属－半導体接触、金属－絶縁体－半導体接触での帯構造の理解
第8回	半導体の製造方法（１）	半導体結晶成長法の理解
第9回	半導体の製造方法（２）	p型半導体、n型半導体の作製方法の理解
第10回	ダイオードの基本特性	ダイオードの基本特性とその応用に関する理解
第11回	バイポーラトランジスタの基本特性	バイポーラトランジスタの基本特性とその応用に関する理解
第12回	電界効果トランジスタの基本特性	電界効果トランジスタの基本特性とその応用に関する理解
第13回	集積回路とパワーデバイス	集積回路とパワーデバイスに関する理解

準備学修(事前学修・復習)等についての指示

学修効果を上げるため，教科書や配布資料等の該当箇所を参照し，「毎授業」授業内容に関する予習と復習（課題含む）をそれぞれ概ね30分を目安に行うこと。

教科書

指定なし

参考書、講義資料等

講義資料は講義中に配布する。

成績評価の方法及び基準

1) 固体の電気伝導機構、半導体材料とその応用ついての理解度。
2) レポート課題あるいは期末テストで成績を評価する。

履修の条件・注意事項

結晶とフォノン（MAT.C202）と材料量子力学（MAT.A203）を履修していること，または同等の知識があること。

連絡先 (メール、電話番号) ※”[at]”を”@”(半角)に変換してください。

山口晃 ayamaguchi[at]ceram.titech.ac.jp
定昌史 masafumi.jo[at]riken.jp

オフィスアワー

メールで事前予約すること。