単位数: 2. 担当教員: 末松 憲治. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TEI-ELE315J.
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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)
★オンライン講義方法
授業には Google Classroom を利用します。
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１．目的
IT技術を支えるマイクロエレクトロニクスの中枢である半導体デバイスの基本的理解を図る。
２．概要
半導体の電気伝導、pn接合、バイポーラトランジスタ、MOSトランジスタ、サイリスタについて講義する。
３．達成目標等
マイクロエレクトロニクスの核心技術として半導体集積回路の設計・製造に対して、基盤を身につける。
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 lecture helps the student to gain a fundamental understanding of the semiconductor devices as the core microelectronic technology which is the mainstay of recent the information technology industry. The main subjects of the lecture include the carrier transport in semiconductor, the p-n junction, the bipolar transistor, the metal-oxide semiconductor (MOS) transistor, the thyristor and so forth. The end goal of this lecture is to master the basic knowledge of microelectronics for the semiconductor integrated circuit design and fabrication.
量子力学、電子デバイス基礎の履修が望ましい。
It is preferable to complete the course of Quantum Mechanics and Electronic Device.
１．バンド構造と状態密度、有効質量
(周期的境界条件から状態密度へ、キャリアの運動と有効質量、有効質量と状態密度の関係)
２．フェルミ準位とキャリア密度
(フェルミディラック分布、状態密度・フェルミ分布とキャリア濃度、真性半導体、ドナ・アクセプタ、不純物半導体)
３．半導体の電気伝導
(ドリフト・拡散、再結合、誘電緩和、連続の方程式)
４．pn接合
(空間電荷層-C-V特性)
５．pn接合の電流-電圧特性
(電流-電圧特性、少数キャリアの注入及び蓄積効果)
６．金属-半導体接合
(ショットキ接合、オーミック接合)
７．バイポーラトランジスタの原理
(pn接合とバイポーラトランジスタ、エミッタ効率、ベース輸送効率)
８．バイポーラトランジスタの直流動作
(電流-電圧特性、αとhFE)
９．バイポーラトランジスタの高速・高周波動作
(小信号等価回路、スイッチング動作)
１０．gradual base構造による高速動作高性能化
(不純物不均一ベース構造によるドリフト走行)
１１．サイリスタ、IGBT
(動作原理、空間電荷抵抗)
１２．MOS(金属-酸化膜-半導体)構造の基本特性
(蓄積・空乏・反転・しきい値)
１３．MOSトランジスタの直流動作
(グラジュアルチャネル近似)
１４．MOSトランジスタの高速・高周波動作
(小信号等価回路、スイッチング動作、回路モデル)
１５．その他の半導体デバイス(半導体レーザ等)
1st Band Structure, Density of State, and Effective Mass
2nd Fermi Level and Carrier Density
3rd Carrier Transport in Semiconductor
4th pn Junction
5th Current-Voltage Characterictic of pn junction
6th Metral-Semiconductor Junction
7th Bipolar Transistor, Concept and its Characteristcs
8th Bipolar Transistor, DC Operation
9th Bipolar Transistor, AC Operation
10th Heterojunction and Quantum Devices
11th Thyristor, IGBT
12th MOS(Metral-Oxide-Semiconcutor) Structure and its Characteristcs
13th MOS Transistor, DC, Operation
14th MOS Transistor, AC Operation
15th Other Semicondcutor Devices
到達目標や授業内容に応じた準備学習が求められる。履修者が自ら主体的に計画と目標を立て、自律的に準備学習に取り組むことを期待する。
Students are required to prepare for class according to the goal and contents of each class. Students are strongly expected to voluntarily develop a plan and goals and to undertake preparatory learning.
期末試験によるが、演習問題実施の場合はその結果を加味する。
Students are evaluated on their submitted report, the midterm examination and the final examination.
事前にE-mail 等で連絡すること。教員の連絡先は授業中に伝える。
It is preferable to make an appointment by e-mail.