2024年度学院等開講科目工学院電気電子系電気電子コース

半導体物性論

開講元: 電気電子コース
担当教員: 山田明
授業形態: 講義
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 火5-6 (M-124) / 金5-6 (M-124)
クラス: -
科目コード: EEE.D411
単位数: 200
開講時期: 2024年度
開講クォーター: 2Q
シラバス更新日: 2025年3月14日
使用言語: 英語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

最初に固体の電気伝導を学習するが、学部で学習したドリフト電流・拡散電流をボルツマンの輸送方程式から導出し、移動度と拡散係数の関係、緩和時間に対する理解を深める。次に、学部で学習したバンド構造を化学結合論的な見方で解釈する手法を学ぶ。価電子帯、伝導帯が固体を構成する原子軌道と密接に関係することから材料と物性との理解度を深める。最後に、近年の電子デバイスの理解に必要な半導体ヘテロ接合に関して、バンド図の描き方、電子電流および正孔電流が独立に制御できることを学ぶ。
学部における固体物性の重要テーマである電気伝導、バンド構造に対して、より深い理解を目指す。

到達目標

本科目を履修することにより，次の能力を修得する。
1) 移動度，拡散係数の意味を理解し，緩和時間が説明できる。
2) 原子軌道とバンド構造との関係が説明できる。
3) 半導体ヘテロ接合のバンド図が描けるとともに，ヘテロ接合の電気伝導が説明できる。

キーワード

ボルツマンの輸送方程式，緩和時間，化学結合，バンド構造，ヘテロ接合，電気伝導

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

毎回の講義の前半で,前回の授業を概説する。講義の後半では,簡単な演習問題に取り組む。

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	固体の輸送現象の基礎（金属の電気伝導、移動度）	移動度が説明できる。
第2回	ボルツマンの輸送方程式の基礎（位置と速度空間）	位置・速度空間が説明できる。
第3回	ボルツマンの輸送方程式の導出と応用（粒子系の運動、重心、移動度）	ボルツマンの輸送方程式が導出できる。
第4回	ボルツマンの輸送方程式と伝導現象（ドリフト電流と拡散電流）	ドリフト電流，拡散電流が導出できる。
第5回	輸送方程式の応用（緩和時間、熱電現象）	緩和時間が説明できる。
第6回	固体のバンド理論の基礎（ブリルアンゾーン、バンド図）	波数とエネルギーが説明できる。
第7回	量子力学の基礎（構成的ハミルトニアン）	ハミルトニアンが説明できる。
第8回	化学結合の基礎（化学結合の形成、結合性軌道、反結合性軌道）	結合性軌道，反結合性軌道が導出できる。
第9回	化学結合論的バンド理論（バンドの形成）	バンドの形成が説明できる。
第10回	原子を基にした固体バンド図の見方（直接遷移・間接遷移型半導体）	バンド図が説明できる。
第11回	ヘテロ接合の基礎（化合物半導体、格子整合）	ヘテロ構造，格子不整合について説明できる。
第12回	ヘテロ接合のバンド図（電子親和力、ハンド不連続）	ヘテロ接合のバンド図が描ける。
第13回	ヘテロ接合の電流輸送（電子電流、正孔電流の式）	ヘテロ接合の電流-電圧特性が説明できる。
第14回	ヘテロ接合の応用（太陽電池、トランジスター、量子井戸）	ヘテロ接合を用いたデバイス特性が説明できる。

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100分を目安に行うこと。

教科書

必要に応じて指定する。

参考書、講義資料等

必要に応じて指定する。

成績評価の方法及び基準

到達目標　1)～3)により評価する。

履修の条件・注意事項

特になし

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

山田明（yamada.a.ac[at]m.titech.ac.jp)

オフィスアワー

随時。但し，電子メールにて，事前にアポイントメントをとること。