◆授業の大まかな流れ２～７回目電子物理学半導体とは？第１回 (2015/04/14) （難しい式がたくさん出てくる前に、半導体とは何かのイメージをつかみます…）半導体関係の授業２年生４年生３年生 (杉山) (古川先生) 電子物理学固体電子工学半導体とは絶縁体半導体導体ガラス、ゴムなどシリコン金属半導体プロセス工学 (杉山) 量子電子工学半導体デバイスを扱う科目電子回路集積回路パワエレデジタル電子回路半導体デバイスを扱う科目は「なぜ半導体が動作するのか？」に関して深く学習しません(動けばOKなので) 電気を流さない電気を流す電気を「都合良く」流す半導体とは？半導体－真空デバイスからの脱却 14(IV)族のシリコン(Si)に、13(III)族の原子(Bなど)を添加して電子の不足状態を作ったり(p型半導体)、15(V)族の原子(PやAsなど)を添加して電子の過剰状態を作る(n型半導体)ことにより、「電気の流れ方」をコントロールしています。 Si Si Si B 電球・蛍光灯→LED ブラウン管→フラットディスプレイ全ての真空デバイスは「半導体を使って」作製可能に！ p型(電子が足りない) 受動素子→半導体への置き換え Si Si Si 真空管→トランジスタ Si Si シリコン(Si)の原子配列模式図 Si As Si n型(電子が余る) 半導体の役割皆さんの身近な電化製品のほぼ全てに半導体が入っています。抵抗(R) コイル(L) コンデンサ(C) パソコン、ケータイ、メモリなど半導体電子デバイス全ての電気回路素子は「半導体を使って」作製可能に！シリコン(Si) LED、レーザー、太陽電池など半導体光デバイスシリコン(Si) 化合物半導体(GaAs､InP、GaN等) 量子って？ ◆授業の大まかな流れ粒子性８～１４回目量子＋量子力学とは？（量子論は難しい学問ですが、半導体を動作させるのに必要な知識だけ身につけます…） (波であり粒でもある) 波動性古典力学： (ニュートン物理) 初期条件が決まれば、運動は全て計算できる。量子力学：確率を考慮しなければ、量子の運動を完全に求めることができない。確率って書くと「科学」っぽくない… 古典力学(ニュートン力学)の限界 ◆授業の大まかな流れ古典物理：２０世紀初頭までに確立１５～２２回目 F=ma、U=mgh+mv2/2 等 20世紀の物理： ◆相対性理論 ◆分子や原子の詳細な研究 ◆「電気」の研究古典物理の式が使えない！新たな体系が必要となった！量子力学電子のエネルギー半導体が動作するということは、電子が移動しエネルギーをやりとりすることを意味します。エネルギーバンドエネルギーバンドエネルギーの観点から半導体を見ると、半導体中の電子が存在できる「許容帯」と、存在できない「禁制帯」とに分かれています。この図をエネルギーバンド図といいます。熱や光や電気など、外部からエネルギーを与えると、価電子帯下の電子が「励起」され、伝導帯上に移動します。残った所には「正孔」が発生します。許容帯電子（－）のエネルギ電子（－）のエネルギ (充満帯) 伝導帯禁制帯価電子帯＋－＋＋－－－－－－－－－－－－許容帯－－－－－ (充満帯) エネルギーバンド図－－－電子 (自由) 伝導帯価電子帯＋＋＋正孔－－－－－－－－－－ ← ここの電子は自由に動けないので－－－－－半導体の特性に関係ありません。半導体とは絶縁体半導体導体ガラス、ゴムなどシリコン金属－－－－－－－－伝導帯伝導帯伝導帯価電子帯価電子帯価電子帯－－－－－－－－－－－－－電気を流さない＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－－－－電気を「都合良く」流す－－－－－－－－－－－－－－－－－－電気を流す ◆授業の大まかな流れ２３～２９回目半導体デバイスの基礎実際「電気」の分野を渡り歩く（であろう）皆さんが「電気科」を卒業したら最低限知っていないと笑われてしまうデバイスを紹介します。半導体の役割光通信光通信に最適な波長(光ファイバを用いる場合1.55μmや1.3μm)で発光・受光する素子が各種作られています。 GaAsを用いたSRAM (スーパーコンピュータ用) GaNを用いたHEMT (携帯電話基地局用) 発光ダイオード電気→光赤外光で発光するLED 光→電気フォトダイオード電子物理学 ★授業進度・成績決定方法はプリント参照 ★質問は下記時間に(できたら)お願いします。月・金：16:00-18:00 E-mail: [email protected] ★OHPなどはＨＰを参照（理科大杉山で検索）ただし、著作権の理由より全ては掲載しません。 http://www.rs.noda.tus.ac.jp/~optoelec/2ee.html