2025年度 (最新) 学院等開講科目工学院電気電子系電気電子コース

電子物性基礎論 I

開講元: 電気電子コース
担当教員: 菅原聡
授業形態: 講義
メディア利用科目: -
曜日・時限 (講義室): 月7-8 (S2-203(S222))
クラス: -
科目コード: EEE.D402
単位数: 100
開講時期: 2025年度
開講クォーター: 1Q
シラバス更新日: 2025年3月24日
使用言語: 英語

シラバス

授業の目的（ねらい）、概要

この講義では，ほとんど自由な電子モデルと強結合法によって固体のバンド理論を理解する．まず．バンド理論の基礎としてブリルアンソーン，ブロッホの定理，空格子近似，固体中の化学結合について理解する．そして，摂動論に基づくほとんど自由な電子モデルと強結合法によるバンド計算法を学ぶ．特に，ダイヤモンド構造，ジンクブレンド構造半導体のバンド構造について，半経験的強結合法によるバンド計算方法の詳細を習得する．

到達目標

1. ほとんど自由な電子モデルから，固体中の周期ポテンシャルによるエネルギーバンド構造の発生を理解する．
2. タイトバインディング法の基礎とこの詳細な計算方法を理解する.
3. 半導体のバンド構造の理解を深める.

キーワード

量子力学, 摂動論, 結晶，ブロッホの定理、バンド構造，ほとんど自由な電子モデル，強結合法，半導体

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

講義と講義内容に関する演習問題を行う.

授業計画・課題

	授業計画	課題
第1回	固体の自由電子モデル	1電子近似のハミルトニアン, 固体の量子井戸モデル, 周期的境界条件による自由電子モデル
第2回	ほとんど自由な電子モデル	結晶ポテンシャルとエネルギーギャップの発生,　摂動論に基づくほとんど自由な電子モデル
第3回	ブラべー格子，逆格子，ブリュアンゾーン	結晶格子と並進ベクトル, 逆格子, ブリュアンゾーン
第4回	ブロッホの定理と空格子バンド	ブロッホの定理, 還元ゾーン, 空格子近似
第5回	タイトバインディング理論 I	化学結合, 強結合法の基礎
第6回	タイトバインディング理論 II	2次元格子の強結合法
第7回	半導体のバンド構造	ダイヤモンド型およびジンクブレンド型半導体の強結合法と各種半導体のバンド構造

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

講義資料を配布

参考書、講義資料等

W.A.ハリソン, “固体の電子構造と物性”, 小島他訳, 現代工学社

成績評価の方法及び基準

課題と期末テスト

履修の条件・注意事項

量子力学の基礎