半導体デバイス工学Ｉ（Semiconductor Device Engineering I）[6G05]

＜授業のねらい及び具体的な達成目標＞

半導体デバイスの動作原理を学び回路などに応用できる力を養う。半導体デバイスは半導体の性質を利用した電子部品である。どんなデバイスがあり、どんな構造をしており、そのなかで電子がどのように動いているか調べながら、特性式を導出していく。またデバイスの回路への応用も適宜説明する。重要な半導体デバイスに、p-n接合、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタがある。とくにMIS（Metal-Insulator-Semiconductor）系の電界効果トランジスタは重要である。この科目ではバスイスの基礎である半導体の性質、p-n接合、バイポーラトランジスタの動作の説明に力を注ぐ。電界効果トランジスタの動作やその動作限界、基本的な回路への応用は、後期の半導体デバイス工学２で扱う。半導体デバイス工学１は、比較的平易な科目である。しかし最初の数回をしっかり理解しないと全くわからなくなる。くれぐれも注意して欲しい。

＜授業計画＞

　］課題、＜　＞内は重要事項
第１〜第２週　［科目の概要］＜半導体デバイスの概観＞［半導体］＜抵抗率と導電率、半導体とは、代表的な半導体、シリコン、導電率制御＞［キャリヤの運動］＜電界中の電子の運動、拡散による電子の運動、磁界中の電子の運動（ローレンツ力、ホール効果）＞
第３〜第５週　［エネルギー帯図］＜粒と波の二重性、水素原子のボーア模型、シリコンの原子模型とエネルギー準位、共有結合、エネルギー帯、シリコンのエネルギー帯（S-P混成軌道）、真正半導体のエネルギー帯図、不純物半導体のエネルギー帯図、ドナー準位・アクセプタ準位、電気伝導の概略、導体・半導体・絶縁体の区別＞
第６週　［平衡状態のキャリヤの濃度］＜分布関数、キャリヤの濃度、真性半導体、不純物半導体、多数キャリヤと少数キャリヤ、電気伝導の温度依存性＞
第７週　［非平衡状態のキャリヤ］＜非平衡状態の例、少数キャリヤの発生と消滅、再結合、連続の方程式、擬フェルミレベル、擬フェルミレベルと電気伝導＞
第８週　［ｐ-ｎ接合の電位］＜ｐ-ｎ接合の構造、階段接合、ｐ-ｎ接合のエネルギー帯図、拡散電位＞
第９〜第１０週　［ｐ-ｎ接合の電流］＜少数キャリヤの注入、少数キャリヤの分布、電圧電流特性、等価回路、スイッチング速度、降伏現象＞
第１１週　［金属と半導体の接触］＜金属と半導体の接触のエネルギー帯図、オーミック接触と整流性接触、電圧電流特性、電圧容量特性、pnダイオードとショットキーダイオード＞
第１２週［バイポーラトランジスタ１］＜バイポーラトランジスタの構造、バイポーラトランジスタの動作原理、バイポーラトランジスタの記号＞
第１３週［バイポーラトランジスタ２］＜バイポーラトランジスタの出力特性、バイポーラトランジスタの直流特性、電流増幅率＞
第１４週 [バイポーラトランジスタ３］＜バイポーラトランジスタの基本設計＞
第１５週　予備
｛注意：バイポーラトランジスタの動作はやや複雑であるが、これを理解すると、半導体デバイス全般の理解が容易になるのでしっかり勉強して欲しい｝

＜成績評価方法及び水準＞

期末テスト１回（４０点）、レポート３回（６０点）計１００点で、到達度を絶対評価する。
出席率７５％以下の場合は自動的 に不合格とする。期末テストはレポートおよび授業時に配布した演習問題から出題する。レポートおよび演習問題の解答は随時提示するので自分の解答と比較しよく理解すること。

＜教科書＞

小林敏志、金子双男、加藤敬三著: 基礎半導体工学 コロナ社（1997）
教科書にそって授業を進めるので必ず購入すること。

＜参考書＞

松本智著　半導体デバイスの基礎　培風館(2003)
S. M. Sze: Physics of Semiconductor Devices−2nd edition（Wily Inter-science）(1981)

＜オフィスアワー＞

授業の前後３０分ほど１２階の講師室。ｅ-mail: h-shiraki@poem.ocn.ne.jp でも受けつける。共通性のある質問には授業時に答えるが、その他の質問にはオフィスアワーに答える

＜学生へのメッセージ＞

必ず予習により当日の予定をしらべ、復習により学習内容を確認すること。
講義で理解できなかった点は直ちに質問し、疑問を残さないこと。

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