2006 年度光物性工学シラバス

【 2006 年度授業概要】
学習・教育目標			工学系複合プログラム	ＪＡＢＥＥ基準１（１）
科　　　目			光物性工学 ( Optical Properties of Materials )
担当教員			西敬生
対象学年等			電気電子工学専攻・1年・前期・選択・2単位
学習・教育目標			A4-2(100%)	(d)1,(d)2-a,(d)2-d,(g)
授業の概要と方針			現代のキーテクノロジーの粋を集めた光デバイスの原理や応用技術を理解するために，半導体中の光の伝搬，半導体内での電子と光の相互作用などの基礎から学習する。後半の授業で実際の応用例にも触れ，基礎との関係も含め光エレクトロニクスに関する系統だった知識を身につけることを目標とする。授業中の小テストやレポートなどで理解を固める。
到達目標		1	【A4-2】　光の色と波長とエネルギの関係を理解し，物質の禁制帯幅からその物質の色の見当がつくようになる。
		2	【A4-2】　半導体の光吸収の原理について簡単に説明できる。
		3	【A4-2】　半導体の発光の原理について簡単に説明できる。
		4	【A4-2】　受光デバイスの動作原理や特徴を説明できる。
		5	【A4-2】　太陽電池の動作原理や特徴を説明できる。
		6	【A4-2】　各種電子ディスプレイの動作原理や特徴について説明できる。
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評価方法と基準	到達目標毎	1	光の色と波長とエネルギの関係についてレポートや定期試験で問い，評価する。
		2	半導体の光吸収についてまとめたレポートや，これに関する定期試験問題により評価する。
		3	半導体の発光についてまとめたレポートや，これに関する定期試験問題により評価する。
		4	受光デバイスについて，レポートとして簡潔にまとめたものを提出させたり，定期試験で問うことによって評価する。
		5	太陽電池について，レポートとして簡潔にまとめたものを提出させたり，定期試験で問うことによって評価する。
		6	電子ディスプレイについてレポートとして簡潔にまとめたものを提出させたり，定期試験で問うことによって評価する。
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	総合評価		成績は，試験80%　レポート20%　として評価する．
テキスト			ノート講義，プリント
参考書			「光エレクトロニクス」：濱川圭弘，西野種夫（オーム社）「応用電子物性工学」：佐藤勝昭，越田信義著（コロナ社）
関連科目			半導体工学(本科電子工学科4年)，固体デバイス工学（本科電子工学科5年）応用物理(本科4年)，電気材料(本科4年)，電子工学（本科電気工学科3年，4年）
履修上の注意事項

【授業計画（光物性工学）】
週	上段：テーマ／下段：内容（目標、準備など）
1	光エレクトロニクスと半導体
1	この講義のガイダンスと現代の光エレクトロニクスの発展や光デバイスの応用分野などに関して紹介する。また半導体の光物性に関する導入部を解説する。
2	半導体の光物性：半導体と光の相互作用
2	光の分類，半導体の禁制帯幅と半導体結晶の色の関係，誘電率と屈折率の関係について説明する。予習として前回配布した資料をよく読んでおくこと。
3	半導体の光物性：半導体の光吸収
3	半導体の光吸収係数および光吸収スペクトルについて説明する。具体的な半導体の光吸収スペクトルを見せ，それぞれがどのような原因から光吸収が起きているのか，励起子吸収，バンド端吸収の例をあげ解説する。
4	半導体の光物性：光物性とエネルギーバンド構造
4	半導体のバンド構造は物質によって異なり，それにともなって光吸収の仕方も変わってくる。直接遷移形と間接遷移形のバンド構造を示し，これらによる吸収を解説する。
5	半導体の光物性：半導体の発光I
5	発光ダイオードのように半導体からは発光されるが，それがどのような仕組みによって行われるのかを解説する。半導体からの発光の起源にはバンド端発光や不純物準位を介した発光などいくつかの種類がある。それらを紹介していく。予習として前回配布した資料をよく読んでおくこと。
6	半導体の光物性：半導体の発光II
6	5回目の半導体の発光の続きを行う。前回配布した資料および授業内容に関して復習しておくこと。
7	受光デバイス：光導電素子，フォトダイオード，フォトトランジスタ，撮像素子(CCD)
7	これまで解説してきた半導体の光物性をもとに，半導体の光吸収特性を利用した光導電素子とフォトダイオード，フォトトランジスタについて動作原理や種類，性能について検討する。予習としてこれらの受光デバイスの原理を調べておくこと。
8	受光デバイス：フォトダイオード，撮像素子(CCD)
8	7回目の他の受光デバイスに関しての動作原理や他と比較したときの長所短所などを検討する。予習としてこれらの受光デバイスの原理を調べておくこと。
9	太陽電池：太陽エネルギと太陽電池の原理
9	光吸収スペクトルを考える場合，半導体に照射される光スペクトルのことも考えなければならない。受光デバイスで出てきたフォトダイオード等と似た構造である太陽電池はどのような光が降り注ぐのか，その光をどのように電気に変換するかを解説する。
10	太陽電池：太陽電池の性能や材料
10	太陽電池の性能評価に用いられる種々の指標を紹介するとともに，太陽電池を構成する材料とその特徴，現在の研究開発状況などを解説する。
11	発光デバイス：発光ダイオードI
11	発光ダイオードの動作原理や発光効率，取り入れられている構造や用いられる材料などについて解説する。
12	発光デバイス：発光ダイオードII
12	前回の続きで発光ダイオードについて解説するとともに半導体レーザについても解説する。量子井戸構造などについて触れる。
13	電子ディスプレイ：陰極線管(CRT)やFED
13	現在，新三種の神器と呼ばれているものの一つに薄型テレビ(ディスプレイ)がある。これらには色々な種類があるが，三週に渡って注目度の高いLCD，PDP，FEDについて検討していく。今回は陰極線管(CRT)とFEDを取り上げる。予習として陰極線管(CRT)の動作原理について調べておくこと。
14	電子ディスプレイ：PDP
14	今回はプラズマディスプレイパネルの動作原理について検討を行う。予習としてPDPの動作原理について調べておくこと。
15	電子ディスプレイ：LCD
15	今回は液晶ディスプレイ(LCD)の動作原理について検討を行う。予習としてLCDの動作原理について調べておくこと。
備考	中間試験は実施しない．定期試験を実施する．