情報 電子材料 II 4年・通年・選択・学修2単位
担当教員 弥生 宗男 連絡先 
講義の概要 本講義は、3年次で修得した「電子材料 I」を発展させた内容である。「電子材料 I」では定性的に説明されて いたものを本講義では定量的に説明することが多い。結晶中の電子の取り扱い方や、電気伝導等を解析的に扱う場面が多く登場する。
到達目標 1.結晶中の原子の結合や、結晶中の電子の振舞い等を理解する。
2.金属、半導体、誘電体、磁性体等の物性と、その応用を理解する。
3.物質中の電磁気学を理解する。
日程授業項目理解すべき内容 理解度
(1~4)
前期 第1週 水素原子 水素原子の構造を理解し、ボーアの理論に従ってエネルギー準位を導出できる。また、電子状態のラベリングができる。  
第2週 原子結合とエネルギーバンド 共有結合、金属結合、イオン結合およびエネルギーバンドを説明できる。  
第3週 電子の波動性 電子の二重性を理解し、Bragg回折を説明できる。  
第4週 結晶構造 結晶構造、ミラー指数などを説明できる。  
第5週 Hall効果 Hall効果を説明し、Hall電圧等を導出できる。  
第6週 Fermi-Dirac分布と半導体のキャリア密度 状態密度を理解し、Fermi-Dirac分布からキャリア密度を説明できる。  
第7週 (中間試験)  
第8週 半導体のキャリア 半導体のエネルギーバンド構造を理解し、キャリアの温度依存性を説明できる。  
第9週 連続方程式 ドリフト電流、拡散電流、再結合を理解し、連続方程式を導出できる。  
第10週 pn接合の整流作用 ボルツマン分布を利用して、順方向・逆方向電流を導出できる。  
第11週 pn接合の順方向特性 pn接合において、少数キャリアの振る舞いを説明できる。  
第12週 接合容量 接合容量を説明し、これを導出できる。  
第13週 拡散容量 拡散容量とスイッチング特性を説明できる。  
第14週 トンネルダイオード エネルギーバンド図を用いて、トンネルダイオードの動作を説明できる。  
第15週 (期末試験)  
第16週 総復習  
後期 第1週 金属-半導体接触 ショットキーバリアとオーミックコンタクトを説明できる。  
第2週 バイポーラトランジスタ バイポーラトランジスタ内のキャリアの振る舞いを説明できる。  
第3週 JFET, MOS構造とMOSFET JFETの動作を説明できる。また、MOSFET等のMOSデバイスの動作を説明できる。  
第4週 電気分極(1) 電気分極、電束密度、ガウスの法則を理解し、電気分極を定量的に説明できる。  
第5週 電気分極(2) 誘電体の境界条件等を導出し、種々の問題に応用できる。  
第6週 電気分極(3) 電子分極、イオン分極、配向分極、界面分極を説明できる。  
第7週 (中間試験)  
第8週 電気分極(4) 局所電場、クラウジウス・モソッティの式を導出できる。  
第9週 ピエゾ効果と強誘電性 ピエゾ効果と強誘電体の特徴を説明できる。  
第10週 磁気分極 磁気モーメントと磁化等を説明できる。  
第11週 原子の磁気モーメントと反磁性 磁気モーメントの起源と反磁性の特徴を説明できる。  
第12週 常磁性と秩序磁性 各種磁性の特徴を説明できる。  
第13週 強磁性体 強磁性体の磁化過程等を説明できる。  
第14週 超伝導体 超伝導の基本現象を説明できる。  
第15週 (期末試験)  
第16週 総復習  
学習教育目標 A,Bに対応 達成項目本科イ),ロ)に対応 JABEE
認定基準
(A-2),(B-1),(d)-(1)に対応
教科書・参考書 教科書:清水潤治「半導体工学の基礎」(コロナ社)
必要に応じてプリントを配付する。参考書や学習方法等については、初回のプリントで案内する。 
評価方法及び
合格基準
成績の評価は、定期試験の成績で行い、平均の成績が60点以上の者を合格とする。
学生へのメッセージ、
予習・復習について
「電子材料 I」よりも数式を多用する。このため、微積分やベクトル等の知識は不可欠である。3年次のノートと関数電卓を用意すること。配布プリントを元に講義ノートを作成し、その内容を見直したり、例題・問題等を解いたりして、しっかり復習すること。また、講義で示した次回予定の部分を予習しておくこと。
この科目は、5年次に開講される科目「固体物理」を修得するために必要な科目です。