授業の目的 【日本語】
Goals of the Course(JPN) | | 昨今の半導体不足の報道を見てもわかる通り、今や半導体デバイスは電化製品や情報機器のみならず、自動車、電車や飛行機などほとんどすべての社会システムに用いられ、我々の生活は半導体デバイス無しでは成り立たない。その動作原理を理解し応用する力を身に着けることは、電気電子情報工学を学ぶ学生にとって必須である。本講義では、電磁気学・量子力学・統計力学に基づき、半導体内電子のエネルギーバンドの形成、電子統計、接合、キャリア輸送過程、および再結合過程を理解する。その基礎過程の理解に基づき、半導体デバイスとしての整流素子、増幅素子、発光素子、受光素子の動作原理を理解することが目的である。
特に以下の3点が到達目標である。
１．半導体内キャリアの輸送過程、散乱過程を理解する。
２．半導体内キャリアの遷移過程を理解する。
３．ダイオード、トランジスタ、発光ダイオード、レーザダイオード、太陽電池の性能を左右する指標を説明できるようにする。
講義形式は対面で実施する。 |
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授業の目的 【英語】
Goals of the Course | | In this lecture, first, the role of semiconductor devices on the infrastructure is discussed.
Then, based on electromagnetic and quantum mechanics, energy band structure, statistics, junctions, and carrier transport are discussed.
After that, based on these fundamentals, principles of amplification, emission, and absorption of light are understood.
The goal of this lecture is as follows;
1. To understand the carrier transport and scattering process
2. To understand the carrier transition process
3. To grasp the ability to explain how to improve the performance of transistors, light-emitting diodes, laser diodes, and photovoltaics |
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到達目標 【日本語】
Objectives of the Course(JPN)) | | 昨今の半導体不足の報道を見てもわかる通り、今や半導体デバイスは電化製品や情報機器のみならず、自動車、電車や飛行機などほとんどすべての社会システムに用いられ、我々の生活は半導体デバイス無しでは成り立たない。その動作原理を理解し応用する力を身に着けることは、電気電子情報工学を学ぶ学生にとって必須である。本講義では、電磁気学・量子力学・統計力学に基づき、半導体内電子のエネルギーバンドの形成、電子統計、接合、キャリア輸送過程、および再結合過程を理解する。その基礎過程の理解に基づき、半導体デバイスとしての整流素子、増幅素子、発光素子、受光素子の動作原理を理解することが目的である。
特に以下の3点が到達目標である。
１．半導体内キャリアの輸送過程、散乱過程を理解する。
２．半導体内キャリアの遷移過程を理解する。
３．ダイオード、トランジスタ、発光ダイオード、レーザダイオード、太陽電池の性能を左右する指標を説明できるようにする。
講義形式は対面で実施する。 |
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到達目標 【英語】
Objectives of the Course | | In this lecture, first, the role of semiconductor devices on the infrastructure is discussed.
Then, based on electromagnetic and quantum mechanics, energy band structure, statistics, junctions, and carrier transport are discussed.
After that, based on these fundamentals, principles of amplification, emission, and absorption of light are understood.
The goal of this lecture is as follows;
1. To understand the carrier transport and scattering process
2. To understand the carrier transition process
3. To grasp the ability to explain how to improve the performance of transistors, light-emitting diodes, laser diodes, and photovoltaics |
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バックグラウンドとなる科目【日本語】
Prerequisite Subjects | | |
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バックグラウンドとなる科目【英語】
Prerequisite Subjects | | | Quantum mechanics and Exercises, Electromagnetic, Solid State Electronics and Exercises |
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授業の内容【日本語】
Course Content | | 各回の講義内容は以下の予定である。
1．序章 講義概要 結晶 元素半導体と化合物半導体
2．1章 半導体工学を学ぶために必要な量子力学の基礎 フェルミの黄金律
3．2章 固体中の電子のエネルギーバンドの形成 擬ポテンシャル法の基礎
4．3章 状態を占有する電子を理解するための統計力学の基礎
5．4章 真性半導体 ドナーとアクセプタ ドリフト電流と拡散電流 キャリアの散乱過程
6．5章－1 pn接合の形成
7．5章－2 pn接合による整流性の起源 逆方向電流のメカニズム
8．6章 金属と半導体の接触 ショットキーとオーミック 半導体ヘテロ接合
9．7章 バイポーラトランジスタ ヘテロ接合バイポーラトランジスタ
10．8章 MOSFET 高移動度トランジスタ
11．9章 発光と受光の量子力学 非輻射再結合過程と輻射再結合過程
12．10章 発光ダイオードの物理
13．11章 レーザーダイオード 太陽電池の物理
14．12章 熱電変換素子 量子効果デバイスの物理
15．本講義のまとめと評価
各講義の資料をTACTにアップしておくので、講義の前に一読して受講するのが望ましい。講義中に理解度を確認するための課題を行うので、講義中での理解が不十分な場合は、講義終了後もう一度自ら確認すること。 |
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授業の内容【英語】
Course Content | | 1．Introdunction Role of semiconductor devices in the infrastructure, Crystal and crystal growth, device process, Introduction of software elemental semiconductor and compound semiconductor
2．Chapter 1 Introduction to quantum mechanics, Fermi's golden rule
3．Chapter 2 Formation of energy band in a solid, Fundamentals of pseudo potential method
4．Chapter 3 Statistics in semiconductors
5．Chapter 4 Donor and acceptor, Diffusion current and drift current, Scattering mechanism
6．Chapter 5-1 Formation of pn junction
7．Chapter 5-2 Origin of rectifying behavior, Mechanism of reverse current
8．Chapter 6 Metal semiconductor junction, Schottky and Ohmic, Hetero junction
9．Chapter 7 Bipolar transistor, Heterojunction bipolar transistor
10. Chapter 8 MOSFET, High electron mobility transistor
11. Chapter 9 Light matter interaction in a solid, Radiative and non radiative recombination
12. Chapter 10 Physics of light emitting diode
13. Chapter 11 Physics of laser diode and photovoltaics
14, Chapter 12 Physics of Thermoelectric device and quantum device
15. Summary of this lecture and final exam
Before each class, lecture note of each class which can be downloaded from TACT should be carefully read. After each class, exercises performed at each class should be reviewed.
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成績評価の方法と基準【日本語】
Course Evaluation Method and Criteria | | 下記の三つの到達目標がかなえられているかどうか、講義毎のレポートで評価する。
１．半導体内のキャリアの輸送過程、散乱過程の理解
２．半導体内のキャリアの遷移過程の理解
３．トランジスタ、発光ダイオード、レーザダイオード、太陽電池の性能を左右する指標の説明
3つの目標に対応する講義毎のレポート課題に対して、適切な回答ができていれば単位認定する。もし更に高度な能力が身についていれば、成績評価に反映させる。 |
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成績評価の方法と基準【英語】
Course Evaluation Method and Criteria | | The credit are given based on the following targets.
1. To understand the carrier transport and scattering process
2. To understand the carrier transition process
3. To grasp the ability to explain how to improve the performance of transistors, light emitting diodes, laser diodes, and photovoltaics
Evaluation is done based on the report(100%).
If students are having higher skills in the field of semiconductor engineering, they can get higher score. |
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履修条件・注意事項【日本語】
Course Prerequisites / Notes | | 固体電子工学及び演習を受講していることが好ましい。
授業は、基本的に対面で行う。
学生から教員へ質問がある場合は、TACTまたは電子メールで受け付けるので、どしどし質問してください。 |
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履修条件・注意事項【英語】
Course Prerequisites / Notes | | It is preferable that the students took the Solid State Electronics and Exercises class.
The class will be generally face-to-face class will be conducted.
Questions from students will be accepted through TACT or e-mail. Please do not hesitate to ask questions. |
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教科書【日本語】
Textbook | | 特定の教科書を用いず、講義ノート及びオンデマンド資料を用います。講義は対面で行います。
TACTを用いて必要な資料をアップロードするので、必ずダウンロードして受講すること。オンデマンド資料は、好きな時間に勉強ができる資料です。 |
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教科書【英語】
Textbook | | Lecture note will be used as a text book.
Lecture note for each lesson is uploaded at TACT. Download it for each class. |
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参考書【日本語】
Reference Book | | 半導体物性とデバイス動作の基礎を理解するために良い参考書としては、小長井誠著 半導体物性 培風館 電子・情報工学講座８ がある。
また、より詳しく半導体の物理を知りたい人には、西澤潤一編 御子柴宣夫著 半導体の物理［改訂版］ 半導体工学シリーズ２ が良い。
英語で学修したい人は、世界中の人が使っているS. M. Sze and K. K. Ng. Physics of Semiconductor Devices, Third Edition, Wiley- Interscience を勧める。 |
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参考書【英語】
Reference Book | | | As a standard and well known textbook, ”S. M. Sze and K. K. Ng. Physics of Semiconductor Devices, Third Edition, Wiley- Interscience” is one of the best. |
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授業時間外学習の指示【日本語】
Self-directed Learning Outside Course Hours | | | 講義第1週に本授業の取り組み方を指示する。TACTにアップされる講義ノートは予めダウンロードし、講義開始前に必ず目を通すこと。終了後は、講義中に行う演習を再度自分の力で解いてみること。 |
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授業時間外学習の指示【英語】
Self-directed Learning Outside Course Hours | | | How to prepare the out-of-class activities will be informed at the first class. |
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使用言語【英語】
Language used | | |
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使用言語【日本語】
Language used | | |
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授業開講形態等【日本語】
Lecture format, etc. | | |
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授業開講形態等【英語】
Lecture format, etc. | | |
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遠隔授業（オンデマンド型）で行う場合の追加措置【日本語】
Additional measures for remote class (on-demand class) | | |
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遠隔授業（オンデマンド型）で行う場合の追加措置【英語】
Additional measures for remote class (on-demand class) | | | In case of onlie or on-demand type class, it will be informed at the TACT. |
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