デバイス工学3 (Device Engineering 3)

令和2年度 講義スケジュール(前半) [Zoom講義]

回数 講義日 授業項目 プリント
(解答)
  4/21
(火)
模擬遠隔講義  
1 4/28
(火)
メモリデバイス(MOSデバイスの基礎、集積回路メモリ、ディスクデバイス)  
2 5/12
(火)
センサデバイス(MOS型センサ、誘電体センサ、光学式センサ)  
3 5/19
(火)
エネルギーデバイス(太陽電池、リチウムイオン電池、燃料電池、蓄電池)  
4 5/26
(火)
光学デバイス(材料の光学特性の基礎、レーザ、LED、表示デバイス)  
5 6/2
(火)
微小電子機械素子(MEMS)(マイクロタグ、加速度センサ、ジャイロセンサ)  
6 6/9
(火)
量子効果デバイス(量子効果の基礎、抵抗標準素子、電圧標準素子、ナノ材料デバイス)  
7 6/16
(火)
デバイス評価技術(C-V特性、TDDB試験、信頼性評価、寿命予測)  
後半

※講義進捗によって、内容およびスケジュールを変更する場合がある。

令和2年度 シラバス

講義 2単位 1学期

講義室

AL2室

担当教員

河合 晃・木村 宗弘

教員室または連絡先

河合 晃:電気1号棟404室(内線9512、 E-mail kawai@vos.nagaokaut.ac.jp)
木村宗弘:電気1号棟607室(内線9540、 E-mail nutkim@vos.nagaokaut.ac.jp)

授業目的

高度情報化産業および発展が期待されるIoT(Internet of Things)などの分野において、我々の生活を高品位に支える機能性電子デバイスに注目し、その役割と将来性を学ぶ。また、半導体デバイス、誘電体デバイス、光デバイス、量子効果デバイス等の動作原理について理解する。更に実践演習形式の授業によって、電子デバイスの動作を示した解析式やモデルを読み取る力を養う。本講義における具体的な教育目標および達成目標は次の点である。

教育目標

(C)電気電子情報工学分野の技術者として必要な専門知識を修得している
(C-2)「電気エネルギーシステム・制御工学」「電子デバイス・フォトニクス工学」「情報通信御システム工学」のいずれかの分野の技術者を目指すべく,各分野におけるさらに発展的な専門知識を修得している

達成目標

1.固体の基礎物性における電子の役割を理解する。
2.各機能性デバイスの構造および動作原理を理解する。
3.科学技術における電子デバイスの重要性を学ぶ。
4.デバイスの動作を示した解析式やモデルを読み取る力を養う。

授業キーワード

半導体デバイス、誘電体デバイス、磁性体デバイス、光学デバイス、量子効果デバイス、シミュレーション

授業内容及び授業方法

前半では、金属、半導体、誘電体、磁性体などの固体材料の基礎特性について述べるとともに、重要な電子デバイスの動作原理、および応用デバイスについて述べる。配布プリントを用いて講義する。
後半では、デバイスシミュレーションの基礎を実践形式で習得する。半導体デバイスの解析式について、MATLABを用いたサンプルプログラムを適切に改修し実行させることで得られた数値やグラフに考察を加える。各種電子デバイスを記述する際に用いられる理論式や抽象的概念も、出来るだけ視覚的に捉えられるような取り組みを行う。

授業項目

第1週 メモリデバイス(MOSデバイスの基礎、集積回路メモリ、ディスクデバイス)
第2週 センサデバイス(MOS型センサ、誘電体センサ、光学式センサ)
第3週 エネルギーデバイス(太陽電池、リチウムイオン電池、燃料電池、蓄電池)
第4週 光学デバイス(材料の光学特性の基礎、レーザ、LED、表示デバイス)
第5週 微小電子機械素子(MEMS)(マイクロタグ、加速度センサ、ジャイロセンサ)
第6週 量子効果デバイス(量子効果の基礎、抵抗標準素子、電圧標準素子、ナノ材料デバイス)
第7週 デバイス評価技術(C-V特性、TDDB試験、信頼性評価、寿命予測)
第8週 前半のまとめと前半試験
第9週 過渡現象の解法:連立微分方程式(MATLABによるプログラミング法)
第10週 偏微分方程式の解法・シュレーディンガー方程式の解
第11週 pn接合を含む非線形電子回路シミュレーション
第12週 有限要素法でポアソン方程式を解く方法
第13週 ドーピング濃度に対する電子移動度とホール移動度の計算
第14週 不純物濃度も考慮した一般的pn接合の解析(差分法)
第15週 Shcarfetter-Gummelの方法による移流拡散方程式の解法
第16週 全体のまとめと確認

授業時間外学習(予習・復習等)

学習効果を上げるため、教科書等の該当箇所を参照し、授業内容に関する予習を90分程度行い、授業内容に関する復習を90分程度行うことが望ましい。

教科書

特に指定しない。配布プリントを使用する。

参考書

電子物性 松澤剛雄 他著 (森北出版)
電子物性工学 青木昌治 著(コロナ社)
物理工学系のシミュレーション入門 阿部 寛 著(講談社サイエンティフィック)
Electronics and Circuit Analysis using MATLAB John O. Attia (CRC Press)
初歩から学ぶ固体物理学 矢口裕之 講談社

成績の評価方法と評価項目

前半試験(50%)、後半課題(50%)として、その合計で評価する。特に後半は毎週のプログラミング課題の提出内容(得られた数値計算結果およびその考察)によって評価を行う。本講義で学習する内容はデバイス工学の基本であるが、広範囲にわたっており、授業時間だけでは講義の内容を理解し、その理解を定着させることはできない.そのため, 講義に合わせた予習復習が必要である。

留意事項

本講義を履修する者は、「デバイス工学1」「デバイス工学2」「プロジェクト指向プログラミング」も履修することが望ましい。サンプルプログラムを配布することで、プログラミングが苦手な受講生が解析式やモデルの理解に注力出来るよう配慮する。

参照ホームページ名

ナノ・マイクロシステム工学研究室、液晶デバイス研究室

参照ホームページアドレス

http://kawai.nagaokaut.ac.jp/lecture3.html
http://alcllan.nagaokaut.ac.jp/kimura/lecture/device3
http://www.featool.com