授業の目的 【日本語】
Goals of the Course(JPN) | | 誘電体とは、電気をほとんど通さない性質をもち、電界を加えると内部に分極が生じる物質のことをいう。固体・液体・気体を問わずさまざまな物質が含まれ、導体や半導体と並んで基礎的な材料群を構成している。
現在、誘電体は絶縁機器やコンデンサに加え、低消費電力の大規模集積回路配線、メモリ素子、携帯端末、IC チップなど幅広い分野で利用されている。その応用領域は拡大しており、社会にもたらすデバイス革新への影響はきわめて大きい。
本講義では、誘電体の基礎物性から分類、分極メカニズム、電気的特性、応用と材料、そして将来展望までを体系的に理解することを目的とする。受講を通して以下の内容を修得する。
１．誘電体の物性および電気的・光学的特性について、原子・分子レベルの物理化学的挙動から理解し、物性科学およびデバイス工学の基礎と応用力を養う。
２．メモリデバイス、センサー、バイオデバイス、プラズマ医療・農業といった新しい応用展開を学ぶ。
３．物性とシステムの両面から次世代エレクトロニクス、フォトニクス、バイオエレクトロニクスを展望できる創造力と
総合力を身につける。 |
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授業の目的 【英語】
Goals of the Course | | Dielectrics are materials that exhibit very low electrical conductivity and develop internal polarization when an external electric field is applied. They include a wide variety of substances in solid, liquid, and gaseous states, and constitute a fundamental class of materials alongside conductors and semiconductors.
Today, dielectrics are used in a broad range of applications, including insulation equipment and capacitors, as well as low‑power large‑scale integrated circuit wiring, memory devices, mobile devices, and IC chips. Their fields of application continue to expand, and their impact on technological innovation in society is substantial.
This course aims to provide a systematic understanding of dielectric materials, covering their fundamental properties, classification, polarization mechanisms, electrical characteristics, material systems, applications, and future prospects. Through this lecture, students will acquire the following competencies:
Understanding the physical and chemical behavior of dielectrics at the atomic and molecular levels, and gaining the fundamental and applied knowledge required in materials science and device engineering, including their electrical and optical properties.
Learning about emerging applications of dielectric materials, such as memory devices, sensors, bio‑devices, and plasma‑based technologies in medicine and agriculture.
Developing the creativity and integrative ability to envision next‑generation electronics, photonics, and bioelectronics from both materials and system perspectives. |
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到達目標 【日本語】
Objectives of the Course(JPN)) | | １．誘電体の基礎物性を説明できる。
・誘電分極の種類、誘電率、損失などの概念を理解し、物理化学的基盤から説明できる。
２．誘電体の電気的・光学的特性を評価できる。
・原子・分子スケールの電子構造とマクロな電気特性・光学特性との関係を論理的に述べられる。
３．誘電体材料の応用事例を整理し、原理を説明できる。
・メモリ、ナノコンデンサ、センサー、バイオデバイスなどにおける誘電体の役割を理解し説明できる。
４．誘電体を用いた新しいデバイス技術の課題と可能性を論じることができる。
・プラズマ医療や農業応用など新規分野に対して批判的・創造的な観点から評価できる。
５．次世代エレクトロニクス・フォトニクス・バイオエレクトロニクスを体系的に展望できる。
・物性面とシステム面の双方から、誘電体を核としたデバイスの将来像を論じる力を身につける。 |
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到達目標 【英語】
Objectives of the Course | | Students will be able to explain the fundamental properties of dielectrics.
・They will understand concepts such as types of dielectric polarization, dielectric constant, and dielectric loss, and be able to explain them based on their physical and chemical foundations.
Students will be able to evaluate the electrical and optical properties of dielectric materials.
・They will be able to logically describe the relationship between atomic‑ and molecular‑scale electronic structures and macroscopic electrical and optical characteristics.
Students will be able to summarize application examples of dielectric materials and explain their underlying principles.
・They will understand and explain the roles of dielectrics in devices such as memory elements, nanocapacitors, sensors, and bio‑devices.
Students will be able to discuss the challenges and potential of emerging device technologies utilizing dielectrics.
・They will be able to critically and creatively evaluate new application fields, including plasma‑based technologies in medicine and agriculture.
Students will be able to systematically envision next‑generation electronics, photonics, and bioelectronics.
・They will develop the ability to discuss future device concepts centered on dielectrics from both materials and system perspectives. |
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バックグラウンドとなる科目【日本語】
Prerequisite Subjects | | | 電気磁気学、固体電子工学を学んでいることが望ましい。 |
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バックグラウンドとなる科目【英語】
Prerequisite Subjects | | | Electromagnetics and Solid State Electronics |
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授業の内容【日本語】
Course Content | | １．誘電体工学の位置づけ
２．誘電体の電気分極（分極機構，誘電分極）
３．誘電体の周波数特性（共鳴型，緩和型）
４．強誘電体（自発分極と分域構造，圧電・焦電・電歪現象，強誘電体の応用）
５．構造相転移（秩序・無秩序型，変位型，ペロブスカイト構造）
６．誘電体の絶縁破壊，絶縁劣化、プラズマ現象
７．誘電体の超大規模集積回路への応用
（メモリー素子、省エネルギー高デバイス、エネルギーおよび環境機能システム）
８．未来エレクトロニクス（プラズマ科学クロスオーバー生命環境フロンティア）
講義の終了後は、ノートや資料を参考にして知識の確認や補充を行うこと。また、小課題を課すので、それを解いて提出する。 |
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授業の内容【英語】
Course Content | | Course Topics
1. Positioning of Dielectric Engineering
2. Electric Polarization in Dielectrics
(Polarization mechanisms, dielectric polarization)
3. Frequency Characteristics of Dielectrics
(Resonant and relaxation types)
4. Ferroelectrics
(Spontaneous polarization and domain structures; piezoelectric, pyroelectric phenomena; applications of ferroelectrics)
5. Structural Phase Transitions
(Order–disorder type, displacive type, perovskite structures)
6. Dielectric Breakdown, Insulation Degradation, and Plasma Phenomena
7. Applications of Dielectrics in Ultra‑Large‑Scale Integrated Circuits (ULSI)
(Memory devices, energy‑saving high‑performance devices, energy and environmental functional systems)
8. Future Electronics
(Frontiers of plasma‑science‑based crossover technologies for life and environmental systems) |
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成績評価の方法と基準【日本語】
Course Evaluation Method and Criteria | | | 成績評価は、次の方法により行う：小課題レポート30％、期末試験70％で評価し、「C-以上あるいは60点以上」を合格とする。 |
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成績評価の方法と基準【英語】
Course Evaluation Method and Criteria | | | Your final grade will be calculated according to the following process: Report (30%), term-end examination (70%). To pass, students must earn at least C grade or at least 60 points out 100. |
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履修条件・注意事項【日本語】
Course Prerequisites / Notes | | |
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履修条件・注意事項【英語】
Course Prerequisites / Notes | | | No requirements are required. |
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教科書【日本語】
Textbook | | |
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教科書【英語】
Textbook | | | Introduction of text book and distribution of materials in the lecture. |
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参考書【日本語】
Reference Book | | 電気学会大学講座 誘電体現象論 改訂版（電気学会, オーム社）
レビュー的論文や最先端の論文を講義の進行に合わせて適宜紹介する。 |
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参考書【英語】
Reference Book | | Yuudentaigenshoron (in Japanese) (The Institute of Electrical Engineers of Japan, Ohmsha)
In addition, review articles and cutting‑edge research papers will be introduced as appropriate in accordance with the progress of the lectures. |
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授業時間外学習の指示【日本語】
Self-directed Learning Outside Course Hours | | | 授業終了時に示す課題や指定した教科書を読んでおくこと |
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授業時間外学習の指示【英語】
Self-directed Learning Outside Course Hours | | | Read the assigned textbook and assignments given at the end of 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. | | | Classes will be conducted face-to-face. |
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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) | | |
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実務経験のある教員等による授業科目（大学等における修学の支援に関する法律施行規則に基づくもの）＜実務経験について＞
Courses taught by Instructors with practical experience(Practical experience) | | |
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実務経験のある教員等による授業科目（大学等における修学の支援に関する法律施行規則に基づくもの）<実務経験と本授業との関連性>
Courses taught by Instructors with practical experience(Relevance of the practical experience to this course) | | |
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