2024年度学院等開講科目物質理工学院材料系

固体物性I（概論・半導体）

開講元: 材料系
担当教員: 山本隆文 / 山口晃
授業形態: 講義 (対面型)
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 火3-4 (S7-202) / 金3-4 (S7-202)
クラス: -
科目コード: MAT.C305
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: 日本語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

固体物性I,IIを通して固体化学に根差した固体物性を理解することを目的とする。固体物性Iの前半では、全体の導入として固体物性を理解するうえで必要な基礎知識を学ぶ。後半では、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．

到達目標

固体物性Iおよび固体物性IIを履修することで，固体に発現する諸物性を体系的に理解することを目標とする。特に本講義の後半では半導体特性に着目し、そ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する。

キーワード

固体化学、固体物理、固体物性、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) 講義中に，その日の内容に関する演習問題に取り組むことがあります。
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	固体材料の物性と応用	固体材料の物性や応用に関する先端研究をレビューし、固体物性研究が向かう先を学ぶ
第2回	電気双極子モーメントと磁気双極子モーメント	電磁気学の基礎から、誘電性と磁性の起源を理解する
第3回	シュレーディンガー方程式と角運動量	シュレーディンガー方程式の球対称ポテンシャル中での解の定性的理解と角運動量の量子力学的な取り扱いの導出を行う
第4回	結晶場理論	結晶場による3d電子のエネルギー準位の変化から、構造と電子構造を結びつける
第5回	逆格子空間と自由電子モデル	逆格子空間を復習し、自由電子フェルミ気体の振る舞いから金属の比熱や電気伝導性を理解する
第6回	バンド理論	周期ポテンシャル内の電子のバンド構造を学ぶ
第7回	バンド構造	実際の物質（金属や半導体など）のバンド構造について論ずる
第8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9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10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11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12回	半導体の製造方法	半導体の製造方法に関する理解
第13回	ダイオード	ダイオードの基本特性とその応用に関する理解
第14回	トランジスタ	バイポーラトランジスタ、MOSFET、パワーデバイス

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

講義資料は講義中または講義後に配布する。

成績評価の方法及び基準

1) 期末テストで成績を評価する。
2) 授業内容の理解度を加味する可能性ある。

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。

山本隆文 yama[at]msl.titech.ac.jp
山口晃 ayamaguchi[at]ceram.titech.ac.jp

オフィスアワー

メールで事前予約すること。