電子物性Ｂ / Solid State Physics B

単位数: 2. 担当教員: 吉信 達夫. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TEI-ELE314J.

主要授業科目/Essential Subjects

○

授業の目的・概要及び達成方法等

Google Classroomのクラスコードは工学部Webページにて確認すること。
学部シラバス・時間割(https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html)

今日の情報化(IT)社会を支える半導体エレクトロニクス、光エレクトロニクスを支える電子物性とそれらデバイスの動作原理の基礎を学ぶ。前半では、まず、電子デバイスの動作の基礎となる固体物質の基本物性を学ぶ。次いで、電子デバイスの基本要素であるダイオード、トランジスタの動作原理と基本動作特性について学ぶ。また、光エレクトロニクスデバイスの動作原理を理解する上で基礎となる光電子物性、フォトダイオード、発光素子等について学ぶ。

授業資料およびレポート課題の配布とレポート提出のため、必ずGoogle Classroom に登録すること。

授業の目的・概要及び達成方法等(Ｅ）

The class code for Google Classroom can be found on the Web site of
the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-ug.html (JP Only)

This course is designed to teach the fundamentals of electronic properties and the operating principles of the semiconductor electronics and optoelectronics that support today's information technology (IT) society. In the first part of the course, students will first learn the basic physical properties of solid-state materials, which form the basis of the operation of electron devices. Next, students learn about the operating principles and basic operating characteristics of diodes and transistors as the basic elements of electron devices. They will also learn the optoelectronic properties of solid-state materials to understand the operating principles of optoelectronic devices such as photodiodes and light-emitting devices.

Students must register at the Google Classroom for receiving / submitting materials and assignments.

他の授業科目との関連及び履修上の注意

１．履修しておくことが望ましい科目：　電磁気学Ⅰ、量子力学A、電子物性A
２．関連する科目（５セメスター）：　半導体デバイス、電子回路I

他の授業科目との関連及び履修上の注意(Ｅ）

1. Courses recommended to take prior to this course: Electromagnetism I, Quantum Mechanics A, Fundamental Theory of Solid State Physics A,.
2. Related courses in this semester: Semiconductor Devices, Electronic Circuits I.

授業計画

1. イントロダクション、古典論的なモデル
2. 波動関数とシュレーディンガー方程式
3. 1次元の量子井戸、自由電子
4. 3次元の場合、水素原子モデル
5. フェルミ・ディラック統計
6. バンド構造
7. 半導体中のキャリア密度
8. 不純物半導体
9. キャリアのドリフトと拡散
10. pn接合
11. バイポーラトランジスタ
12. 金属－半導体接合とMOSダイオード
13. 電界効果トランジスタ
14. 光デバイス
15. まとめ

授業計画(Ｅ）

1. Introduction, classical mechanical models
2. Wave function and Schroedinger equation
3. One-dimensional quantum well, free electron
4. Three-dimensional system, hydrogen atom
5. Fermi-Dirac statistics
6. Band structure
7. Charge carriers in semiconductor
8. Impurity semiconductors
9. Drift and diffusion of charge carriers
10. pn junction
11. Bipolar junction transistors
12. Metal-semiconductor contacts and MOS diode
13. Field-effect transistors
14. Optoelectronic devices
15. Summary

授業時間外学習

レポート課題の実施、および、講義内容の復習

授業時間外学習（Ｅ）

Assigned reports and reviews of lectures

成績評価方法及び基準

定期試験の成績（70％）、レポート（30％）を加味して総合的に判断する。

成績評価方法及び基準(Ｅ）

Final examination (70%) and submitted reports (30%).

教科書および参考書

• Introduction to Quantum Mechanics, David J. Griffiths, 資料種別:参考書
• Introduction to Solid State Physics, Charles Kittel, 資料種別:参考書
• Semiconductor Physics and Devices - Basic Principles -, Donald A. Neamen, 資料種別:参考書

オフィスアワー

Google Classroom内で質問を受け付ける。

オフィスアワー（Ｅ）

Students are advised to ask questions in Google Classroom.