単位数: 2. 担当教員: 好田 誠. 開講年度: 2024. 科目ナンバリング: TME-MSE318J.
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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)
※この科目では、必要に応じて、Classroomを使用して講義資料の提供やレポート提出を行います。
※また、状況に応じて、ZoomかGoogle Meetを利用したオンライン講義とする場合もあります。オンライン講義などの詳細についてはClassroomのお知らせに記載します。
１． 目的
スマートフォンをはじめとして、IoT(モノのインターネット)やAI（人工知能）などが急速に普及・発展することで、私たちの社会は今後大きな変革を迎えようとしている。その基盤を担う電子デバイスの原理や材料的特徴を理解することが本講義の目的である。
２． 概要
「量子・統計力学」、「固体物性学」で学んだことを基礎にして、現代社会を支える半導体をはじめとする電子材料のバンド構造や伝導特性、電子デバイスや光学デバイスへの応用について理解することで、利用される材料の特性を深く理解し、その根底にある電子物性を軸とした材料的特徴を掴むことの重要性について学ぶ。
３． 達成目標等
以下のような能力を修得することを目標とする。
・ 本学科の学習・教育目標のＡ、Ｃに関する能力を含めて修得する。
・ 結晶の周期性が生み出すバンドの概念や、半導体や金属の電気伝導、磁場中での電子運動などを理解する
・ 半導体をベースとした電子・光デバイスの基礎を学び私たちの社会のどのように役に立つのかを理解する
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)
The class code in Google Classroom for this course is "bqq53pw".
*In this course, Classroom will be used to provide lecture materials and submit reports as needed.
*Online lectures may also be given via Zoom or Google Meet, depending on the situation. Details on online lectures and other details will be provided in the Classroom announcement.
1. Objective
With the rapid spread and development of smart phones, the Internet of Things (IoT), and artificial intelligence (AI), our society is about to undergo a major transformation. The purpose of this lecture is to understand the principles and material characteristics of the electronic devices that play a role in the foundation of our society.
2. Outline
Based on what we have learned in "Quantum and Statistical Mechanics" and "Solid State Physics", we will understand the band structure and conduction properties of electronic materials such as semiconductors, which support modern society, and their applications to electronic and optical devices. We will learn the importance of grasping the characteristics of materials based on their electronic properties.
3. Objectives
This course aims to provide students with the following abilities.
In this course, students are expected to acquire the following abilities.
To understand the concept of bands created by the periodicity of crystals, electrical conduction in semiconductors and metals, and electron motion in magnetic fields.
To learn the basics of electronic and optical devices based on semiconductors and to understand how they are useful in our society.
この授業は「量子力学入門」、「物性学基礎」の修得を行っていることが望ましい。
It is recommended that students have completed "Introduction to Quantum Mechanics" and "Fundamentals of Condensed Matter Physics" for this class.
１． 固体のバンド理論（金属・絶縁体・半導体）
２． 電子と正孔・電子統計
３． キャリア移動度と電気伝導
４． 化合物半導体と磁場中での電子運動
５． 半導体の発光の基礎
６． 半導体pn接合とエサキトンネルダイオード
７． 半導体超格子構造
８． トランジスタの基本動作
９． 電界効果トランジスタとそのIoTデバイス応用
１０．発光ダイオードの基礎
１１．発光ダイオード・レーザーの原理とその光ファイバー応用
１２．電子の持つ電荷以外の性質
１３．様々な材料をもちいた電子デバイス(軟らかい有機材料・透明な酸化物材料・省電力な超伝導材料)
１４．量子コンピューティングや次世代エレクトロニクスに使われる材料物性
15. 試験
1. Band theory of solids (metals, insulators, semiconductors)
2. Electrons and holes, electronic statistics
3. Carrier Mobility and Electric Conduction
4. Compound semiconductors and electron motion in a magnetic field
5. Fundamentals of semiconductor luminescence
6. Semiconductor p-n Junction and Esaki Tunneling Diode
7. Semiconductor Superlattice Structure
8. Basic Operation of Transistors
9. Field Effect Transistors and Their IoT Device Applications
10. Basics of Light-Emitting Diodes
11. Principles of Light Emitting Diode and Laser and their Optical Fiber Applications
12. Properties of electrons other than charge
13. Electronic devices using various materials (soft organic materials, transparent oxide materials, and power-saving superconducting materials)
14. Physical properties of materials used in quantum computing and next-generation electronics
15. Exams
レポート、宿題、中間テストを課す場合がある。
Reports, homework, and midterm tests may be required.
定期試験、レポート、宿題、出席を総合して評価する。
Evaluation will be based on a combination of regular exams, reports, homework, and attendance.
随時
Upon your request
記号A-Mについては、マテリアル・開発系の教育目標を参照してください。
https://www.material.tohoku.ac.jp/department/purpose.html