電子物性工学特論（Solid State Physics for Electronics）[5404]

＜授業のねらい及び具体的な到達目標＞

　エレクトロニクスにおけるデバイス開発や材料の性質を理解する上で、半導体物性および量子力学の基礎を修得することは必要不可欠である。本講義では、固体中の電子の振る舞いを記述・理解する上で必要な量子力学の基礎を学ぶ。また、半導体のエネルギーバンド理論や量子井戸構造・ナノ構造の基礎物性・基礎事項を量子力学により理解する。なお、後期に開講される「光物性工学特論」を受講する希望者は「電子物性工学特論」を履修することが望ましい。

　It is necessary to learn basics of semiconductor physics and quantum mechanics for developing devices and understanding material properties　 in an electronics field. This course introduces fundamentals of the quantum mechanics which describes electron behavior in solids. The students understand an energy band theory in semiconductors, including quantum wells, nano-structures, and their physics based on the quantum mechanics. The students who plan to take a course “Optical Properties of Solid State Materials” held in the second semester should register this.

＜授業計画及び準備学習＞

　１. 電子物性と量子論
　２. 量子力学の基礎
　３. 電子の波動性とシュレーディンガーの方程式
　４. 結晶内内の自由電子の振る舞い I（一電子近似）　
　５. 結晶内内の自由電子の振る舞い II（井戸型ポテンシャル内の電子）
　６. 結晶内の自由電子の振る舞い III（電子の座席・状態密度）
　７. クローニッヒ・ペニーモデルとエネルギーバンド（周期ポテンシャルとブロッホ関数）
　８. 半導体中の電子と正孔の振る舞い
　９. キャリアの拡散とドリフト
１０. 擬フェルミ準位による非熱平衡状態のエネルギーバンド
１１. ｐｎ接合の形成
１２. ｐｎ接合の電流輸送特性
１３. 半導体と金属との接触とその特性
１４. 半導体デバイスの動作例
１５. 総合講義

Subjects in this course:
1. Electronic properties and Quantum theory
2. Basics of quantum mechanics
3. Wave aspect of electrons and Schrodinger equation
4. Free electron behavior in crystals I (Single electron approximation)
5. Free electron behavior in crystals II (Quantum well potential)
6. Free electron behavior in crystals III (Density of state)
7. Kronig-penney model and Energy band (Periodic potential and Bloch function)
8. Behavior of electrons and holes in semiconductors
9. Carrier diffusion and drift
10. Energy band profiles under thermodynamics non-equilibrium states with quasi-Fermi energy levels
11. PN-junction
12. Current transport around pn-junction
13. Contact of semiconductors and metals
14. Semiconductor devices
15. Reviewing of the course

＜成績評価方法及び水準＞

　評価は原則としてレポートによる。基礎的事項の理解度を重視する。
特に、（１）半導体内の電子の振る舞い、および（２）半導体中のキャリアの輸送を理解することに重点を置いて評価する。

Students must submit a report at the end of term wherein the evaluation depends on an understand level about fundamental matters, especially (1) electron behavior in semiconductors and (2) carrier transport in semiconductors.

＜教科書＞

特に、使用しない。プリントを配布することがある。

＜参考書＞

電子物性概論（量子論の基礎）（阿部正紀著）培風館、他

＜オフィスアワー＞

講義後、5号棟803号室で。

＜学生へのメッセージ＞

半導体によってさまざまな高度な機能の電子・光デバイスが身の回りにたくさんあり、またさらに新機能のデバイスが開発されつつあります。半導体を中心とした固体中の電子のふるまいを”楽しみながら”理解し、さらに新しいデバイス開発に一緒にチャレンジしましょう。