シラバス情報

注）公開用シラバス情報となります。在学生の方は、「UNIVERSAL PASSPORT」で詳細をご確認下さい。

科目名	電子工学（Electronic Engineering）
担当教員名	田中　孝康
配当学年	2	開講期	後期
必修・選択区分	電気エネルギーコース　選択報エレクトロニクスコース　選択	単位数	2
履修上の注意または履修条件	「電子物性基礎」の受講の後の受講が望ましい
受講心得	電卓を持参のこと
教科書
参考文献及び指定図書	岩本｢電子物性の基礎｣（朝倉書店）
関連科目	電気材料１、電気材料２、電子物性基礎
オフィスアワー

授業計画	学習内容	学習課題(予習・復習)
授業の目的	現在のエレクトロニクス産業と社会を支えている固体電子工学の基礎およびその応用素子について、基礎に立脚して理解します。
授業の概要
授業計画	○第１回　固体　固体の持つ性質や働きの殆どは、量子論を基礎にして理解することができます。固体は、その作られる環境条件により、ことなるものとなります。原子が規則的に配列し結晶構造になることは、電気伝導のために大事です。　 ○第２回　半導体結晶　シリコン半導体は炭素原子と同様珪素原子が隣接する原子との間で最外殻電子4個を共有結合したものであり、それが取る結晶構造であるダイヤモンド構造がsp^3混成軌道により正四面体の立体網の目構造により構成されることを理解します。 ○第３回　エネルギー帯構造　導体、絶縁体、半導体のエネルギー帯構造について理解します。エネルギー帯構造は許容帯と禁制帯からなり、電子による許容帯の占有度と禁制帯のエネルギー幅つまりバンドギャップエネルギーの大小により、電気の流れ易さが決まります。 ○第４回　井戸型ポテンシャル　１次元井戸型ポテンシャルにおける電子のエネルギー準位と波動関数を求めます。エネルギー準位は平方数に比例して高＜なり、波動関数は三角関数で表すことができます。さらに３次元井戸型ポテンシャルに拡張します。 ○第５回　フェルミエネルギー　３次元の箱、すなわち３次元井戸形ポテンシャルの中に閉じこめられた粒子のエネルギーとそのエネルギー準位に入ることができる粒子数をモデルに、フェルミエネルギーの概念を理解します。いくつかの金属についてフェルミエネルギーを計算します。 ○第６回　状態密度関数　単位体積あたり単位エネルギー領域に対する電子の量子状態数を状態密度と呼びます。状態密度関数をエネルギーで積分すると体系中の単位体積当たりの電子数に等しくなります。この方程式の両辺をエネルギーで微分すると状態密度関数をエネルギーの関数で表すことができます。この関数はエネルギーの平方根の関数となります。 ○第７回　統計エネルギー分布とフェルミーディラック分布関数　マックスウェル－ボルツマン分布、ボース－アインシュタイン分布、フェルミ－ディラック分布について考えます。身近な例を取り、電子のようなフェルミ粒子に適用されるフェルミ－ディラック分布関数について考察します。 ○第８回　半導体の伝導機構　本来絶縁体と同じエネルギー帯構造を取る半導体は広義の結晶の不完全性を与えなければ電気伝導は生じないことを理解します。不完全性を与える手段として、熱剌激による電気伝導現象、光量子および荷電粒子などによる電気伝導現象、電界による電気伝導現象、置換型（不純物）原子を含む電気伝導現象について述べます。 ○第９回　真性半導体中ならびに濃度外因性半導体中のキャリア濃度　真性半導体に於いて、伝導体中の電子濃度を状態密度とフェルミーディラック分布関数の積をエネルギーで積分して導出し、電子濃度分布をエネルギー軸に対して図示します。そして、その意味を理解します。正孔濃度についても行います。外因性半導体に於いて、温度が十分に低く伝導帯中の電子濃度が小さい場合と温度が十分に高＜相当量の電子が伝導帯中に励起される場合とについてキャリア濃度を導出する。さらに、キャリアの再結合についても述べます。 ○第10回　p-n接合　p-n接合について定性的に論じた後、エネルギー準位図を使ってキャリア濃度の算出法を述べ、電圧―電流特性を論じます。このとき、接合によりp形半導体とn形半導体のフェルミ準位が同じ高さになることを理解します。 ○第11回　金属半導体接触　整流接触ならびにオーミック接触についてエネルギー準位図を使って論じます。金属のフェルミ準位は価電子帯の上端であることを理解します。金属と半導体の接触により両者のフェルミ準位が同じ高さになります。順方向バイアスならびに逆方向バイアスについて理解します。授業内容について課題を出します。 ○第12回　トランジスタ　接合型トランジスタについてその電流増幅率を論じます。ベース接地、エミッタ接地、コレクタ接地について比較します。電界効果トランジスタスFET）として、接合型電界効果トランジスタならびにMOS型電界効果トランジタについて述べます。デプレション型とエンハンスメント型についても述べます。 ○第13回　量子エレクトロニクス　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　自然放出と誘導放出、反転分布、レーザー、気体レーザー、He-Neレーザー、CO_２C02レーザー、エキシマーレーザー、色素レーザー、固体レーザー、Nd:YAGレーザー、チタンーサファイアレーザー、波長可変レーザー、半導体レーザーについて述べます。　　　　 ○第14回　電子の放出　金属内の自由電子に何らかの方法によりエネルギーを与えると外部空間に放出させることができます。電子管の基礎となる、真空中の金属表面からの熱電子放出、電界放出、光電子放出、二次電子放出について述べます。 ○第15回　電子の運動　電界中の電子の運動、電界による電子の加速、一様な電界中の電子の運動、磁界中の電子の運動、電子に働く力と運動方程式、一様な磁界中の電子の運動、電磁界中の電子の運動、電子線の偏向、電子光学について述べます。 ○第16回　期末試験　試験時間:60分　持込可：ノート、電卓
授業の運営方法	毎回授業の終わりに小テストをおこないます。
備考
学生が達成すべき到達目標

評価方法	評価の割合	評価の実施方法と注意点
試験	20
小テスト	65
レポート
成果発表
作品
その他	15
合計	100	―