|
授業科目名
|
担当教員
|
|||||
|
電子応用実験
|
堀 裕和／（ ）／山口 正仁
|
|||||
|
時間割番号
|
単位数
|
コース
|
履修年次
|
期別
|
曜日
|
時限
|
| 272024 S | 2 | S | 3 | 後期 | 月 | III~IV |
| ［概要］ | ||||||
| エレクトロニクス素子の最も重要な材料である「半導体」の性質を自分の手で調べ、「半導体素子」の製作や応用を自分の手でやってみるという「体験コース」である。「電子」や「ホール」を「電気力」を使って作ったり動かすことによって、エレクトロニクス技術者としてのポテンシャルを高める。実験全体は、「半導体・半導体素子」の「理解」「製作」「特性測定」「応用」というストーリーでできあがっている。限られた時間の中に、実験内容を理解し、実行し、考察するために、「原理の理解と実験結果の予測」、「実験の遂行」、「結果の記録・解析と考察」の三つの役割をグループの中で分担し、ローテーションしながら体験し、自然科学・工学研究における、それぞれの役割の重要性、また理論と実験の補完性を、十分理解することを目標とする。各テーマ終了ごとにレポートを作成し、成果をまとめる能力を身につける。またグループごとにテーマを選択し，実験の内容と成果についてプレゼンテーションを行い，またこれを聴講して質疑討論を行う時間を設ける。この実験全体を通じて，電気電子システム工学の基礎な知識・実験手法のみならず、異なる授業で学習した事柄を関連付け総合的に取り扱う能力、およびグループの一員として役割を分担し責任を果たすことおよびコミュニケーションによって実験全体を推進しまとめる能力、成果を公表しまた他者の成果を分析批評する能力を身につけることを目標とする． | ||||||
| ［具体的な達成目標］ | ||||||
| 1.シリコンを主とした半導体材料の電気的、熱的及び光応答特性（バンド構造、抵抗率、移動度、p/n型、キャリア生成とキャリア寿命他）について説明でき、ホール測定等を用いたそれらの測定方法の概要を説明できる。 2.簡単な半導体素子（pnダイオードや太陽電池）の電流電圧特性や動作概念を説明できる。 3.半導体露光技術や真空技術等の半導体製造の基本技術の概要を説明できる。 4.化学薬品管理担当者の支持に従い、正しい薬品の取り扱いを実施することができる。 5.FM,AM変調による通信の原理を説明できる。 6.光の偏向の概念を説明できる。 7.ロックインアンプを用いた微少信号の検出方法の概要を説明できる。 8.自身の役割を果たすと共に、他の班員と積極的に協調と連携を取りながら実験を遂行することができる。 9.限られた時間中に実験を完了するために、事前に作成した実験計画および手順に従って、確実に遂行し、結果を期日までに報告書を提出することができる。 |
||||||
| ［必要知識・準備］ | ||||||
| 実験予定表の実験項目にしたがって、実験開始時までに教科書の該当項目に目を通して十分な準備をしておくこと。理論編・技術編・実験編からなる使用教科書の関係部分を調査することによってほとんど対応可能である。さらに掘り下げた準備のために、各部に参考書を記載してあるので、必要に応じて準備しておくこと。実験にあたっては、常に、「半導体の基本的性質」「熱統計力学」「キャリアの運動」「励起と緩和現象」「電磁場とエネルギーの流れ」「信号と検出」などの基本をしっかり身につけ、常に頭の中において実施することを心がけて欲しい。 | ||||||
| ［評価方法・評価基準］ | ||||||
| 上記到達目標の対応するレポート内容とプレゼンテーションの内容を評価し、トータルで60%以上の点数を合格とする。 提出期限は当日もしくは翌日午前９：００までとし、遅れた報告書は受理しない。 他の班員に迷惑のかかる欠席、遅刻は減点の対象となる。 |
||||||
| ［教科書］ | ||||||
|
||||||
| ［参考書］ | ||||||
|
||||||
| ［講義項目］ | ||||||
| 実験Ａ: 半導体デバイスの製作、特性計測とシミュレーション 「半導体デバイス」を「製作」し、その特性を「評価」するとともに、計算機を使った半導体デバイスの「動作シミュレーション」を行う。この実験を通して、半導体素子の基本動作メカニズムを理解するとともに、現代の半導体集積回路技術に触れ、理解を深める。内容はＡ−１：フォトリソグラフィーおよび真空蒸着によるＭＯＳダイオードの製作、Ａ−２：ＰＮ接合ダイオードとＭＯＳダイオードの容量−電圧特性、Ａ−３：半導体デバイスの動作シミュレーションである。 またこのテーマで使用する化学薬品の特性や取り扱いに関する正しい知識を学ぶ。 実験Ｂ: 半導体の諸特性の計測 外界から及ぼされた温度、電磁場、光、など、さまざまな影響に対する、「半導体デバイス」の反応を調べる。この実験を通して、半導体と半導体素子の性質や、これを応用したセンサーや制御装置などの基本動作メカニズムを理解するとともに、半導体素子の応用について理解を深める。内容は、Ｂ−１：ショットキーダイオードの導電特性と熱電子放出、Ｂ−２：半導体素子の熱電的特性、Ｂ−３：半導体素子の磁気的特性、Ｂ−４：半導体素子の光電的特性である。 実験Ｃ: 半導体の光電特性と微小信号の伝達と検出 半導体光電変換素子とその応用について実験を行う。光源にはレーザー光を用いて、光の性質について理解を深める。また液晶素子を利用した、光の変調を行う。測定では、雑音の除去と微小信号の検出の方法を身につける。あわせて、信号の変調と復調の実際を周波数変調・復調（ＦＭ）を通じて体験する。内容は、Ｃ−１：半導体受光素子とレーザー、Ｃ−２：レーザーの偏光変調と微小信号の検出、Ｃ−３：微小信号の伝達と周波数変調・復調である。 プレゼンテーション 最後に、全ての実験班は、それぞれ実施した実験テーマの中の１テーマを選択し、ショートプレゼンテーション及びポスタープレゼンテーションを実施する。 |
||||||
| ［教育方法］ | ||||||
| 実験をスムーズ且つ安全に遂行してもらうために、事前にガイダンスを行い、半導体の基本知識および実験で使用する化学薬品の取り扱い方法を教官が説明する。 「原理の理解と実験結果の予測」、「実験の遂行」、「結果の記録・解析と考察」の三つの役割をグループの中で分担し、ローテーションしながら体験させることにより、限られた時間の中に、実験内容を理解し、実行し、考察する能力を学生に身につけさせる。日々の実験の開始時に、実験遂行にあたってのポイントおよび実験フローを学生が把握しているかを教官がチェックする。実験の途中で、学生が疑問点や問題点を持った場合には、教官と学生との間でdiscussionを持ち、必ずそれらを解決する。実験終了時には、実験結果を学生に提出させ、妥当な結果が得られたかを教官が確認する。以上のプロセスによって、上記３要素を学生に確実に身に付けてもらう。 |
||||||
| ［JABEEプログラムの学習・教育目標との対応］ | ||||||
| 本実験は下記のJABEE目標に対応している。 C-5：電気電子工学分野の実験を計画し，遂行する能力を養う B-2：技術者としての責任を果たす能力を養う D-1：論理的・科学的に思考・表現する能力を養う E-1：継続的・自主的に学習する能力を養う E-2：与えられた環境下で課題・目的を達成するための活動を自己管理する能力を養う |
||||||
| ［その他］ | ||||||
| (未登録) | ||||||