予定 (川口担当分)

Similar documents
Microsoft PowerPoint _量子力学短大.pptx

Microsoft PowerPoint - H30パワエレ-3回.pptx

Microsoft PowerPoint - 第2回半導体工学

電子物性工学基礎

PowerPoint Presentation

<4D F736F F F696E74202D2094BC93B191CC82CC D B322E >

<4D F736F F F696E74202D2091E688EA8CB4979D8C768E5A B8CDD8AB B83685D>

PowerPoint Presentation

Microsoft PowerPoint - アナログ電子回路3回目.pptx


半導体工学の試験範囲

PowerPoint プレゼンテーション

Microsoft PowerPoint 修論発表_細田.ppt

diode_revise

半導体物理講義ノート 2017 年 0823 版 目次バンド構造概論 金属の自由電子模型 電子の状態密度 フェルミ (Fermi) エネルギー フェルミ球 確率の保存則 バンド理論 結晶の格子ベクトル--

互作用によって強磁性が誘起されるとともに 半導体中の上向きスピンをもつ電子と下向きスピンをもつ電子のエネルギー帯が大きく分裂することが期待されます しかし 実際にはこれまで電子のエネルギー帯のスピン分裂が実測された強磁性半導体は非常に稀で II-VI 族である (Cd,Mn)Te において極低温 (

Microsoft Word - 第9章発光デバイス_

PowerPoint Presentation

電子回路I_4.ppt

Microsoft PowerPoint - 2.devi2008.ppt

Microsoft PowerPoint - semi_ppt07.ppt

Microsoft PowerPoint - semi_ppt07.ppt [互換モード]

量子力学の基本原理

<4D F736F F D2097CA8E718CF889CA F E F E2E646F63>

電子回路基礎

多次元レーザー分光で探る凝縮分子系の超高速動力学

共同研究グループ理化学研究所創発物性科学研究センター強相関量子伝導研究チームチームリーダー十倉好紀 ( とくらよしのり ) 基礎科学特別研究員吉見龍太郎 ( よしみりゅうたろう ) 強相関物性研究グループ客員研究員安田憲司 ( やすだけんじ ) ( 米国マサチューセッツ工科大学ポストドクトラルアソシ

Microsoft PowerPoint - 集積デバイス工学5.ppt

F 1 2 dc dz ( V V V sin t 2 S DC AC ) 1 2 dc dc 1 dc {( VS VDC ) VAC} ( VS VDC ) VAC sin t VAC cos 2 t (3.2.2) 2 dz 2 dz 4 dz 静電気力には (3.2.2) 式の右

2. コンデンサー 極板面積 S m 2, 極板間隔 d m で, 極板間の誘電率が ε F/m の平行板コンデンサー 容量 C F は C = ( )(23) 容量 C のコンデンサーの極板間に電圧をかけたとき 蓄えられる電荷 Q C Q = ( )(24) 蓄えられる静電エネルギー U J U

前回の復習 (1) 原子を操る, 量子を操る 原子を見る, 操る 走査プローブ顕微鏡 (STM, AFM) ナノサイエンス 巨視的量子現象 量子統計 ボース粒子とフェルミ粒子 4 He と 3 He 液体ヘリウム ( 4 He) の超流動 原子気体のボース アインシュタイン凝縮

fabrication_09_5.ppt

1. 背景強相関電子系は 多くの電子が高密度に詰め込まれて強く相互作用している電子集団です 強相関電子系で現れる電荷整列状態では 電荷が大量に存在しているため本来は金属となるはずの物質であっても クーロン相互作用によって電荷同士が反発し合い 格子状に電荷が整列して動かなくなってしまう絶縁体状態を示し

固体物理学固体物理学固体物理学固体物理学 B ここではフェルミ球内における電子の総和を考えているから 次元極形式の積分により si (.) となるから は以下のようになる 8 (.) 単位体積当たりの電子数 つまり電子密度 / を用いると フェルミ波数 は以下のように求められる. / (.) が求め

Microsoft PowerPoint - 第11回半導体工学

物性物理学 I( 平山 ) 補足資料 No.6 ( 量子ポイントコンタクト ) 右図のように 2つ物質が非常に小さな接点を介して接触している状況を考えましょう 物質中の電子の平均自由行程に比べて 接点のサイズが非常に小さな場合 この接点を量子ポイントコンタクトと呼ぶことがあります この系で左右の2つ

Microsoft PowerPoint - 集積デバイス工学7.ppt

Microsoft PowerPoint - summer_school_for_web_ver2.pptx

体状態を保持したまま 電気伝導の獲得という電荷が担う性質の劇的な変化が起こる すなわ ち電荷とスピンが分離して振る舞うことを示しています そして このような状況で実現して いる金属が通常とは異なる特異な金属であることが 電気伝導度の温度依存性から明らかにされました もともと電子が持っていた電荷やスピ

PowerPoint Presentation

Microsoft PowerPoint - 低温科学1.ppt

この講義のねらい ナノ 量子効果デバイス 前澤宏一 本講義は 超高速 超高周波デバイスの基盤となる化合物半導体 へテロ接合とそれを用いたデバイスに関して学ぶ 特に高電子移動度トランジスタ (HEMT) やヘテロバイポーラトランジスタ (HBT) などの超高速素子や これらを基礎とした将来デバイスであ

Introduction

PowerPoint Presentation

<4D F736F F D DC58F498D65817A88D98FED837A815B838B8CF889CA5F835E834F974C2E646F63>

物性物理学I_2.pptx

( 全体 ) 年 1 月 8 日,2017/1/8 戸田昭彦 ( 参考 1G) 温度計の種類 1 次温度計 : 熱力学温度そのものの測定が可能な温度計 どれも熱エネルギー k B T を

スライド 1

Microsoft PowerPoint - 基礎から学ぶ光物性(8)-2.ppt

Microsoft PowerPoint - ch3

Microsoft PowerPoint - 9.菅谷.pptx

ଗȨɍɫȮĘർǻ 図 : a)3 次元自由粒子の波数空間におけるエネルギー固有値の分布の様子 b) マクロなサイズの系 L ) における W E) と ΩE) の対応 として与えられる 周期境界条件を満たす波数 kn は kn = πn, L n = 0, ±, ±, 7) となる 長さ L の有限

Microsoft PowerPoint pptx

平成 27 年 12 月 11 日 報道機関各位 東北大学原子分子材料科学高等研究機構 (AIMR) 東北大学大学院理学研究科東北大学学際科学フロンティア研究所 電子 正孔対が作る原子層半導体の作製に成功 - グラフェンを超える電子デバイス応用へ道 - 概要 東北大学原子分子材料科学高等研究機構 (

酸化グラフェンのバンドギャップをその場で自在に制御

磁気でイオンを輸送する新原理のトランジスタを開発


PowerPoint プレゼンテーション

ハートレー近似(Hartree aproximation)

物性物理学 半導体超伝導ナノテク 1

平成20年度 神戸大学 大学院理学研究科 化学専攻 入学試験問題

Microsoft PowerPoint - 第6回半導体工学

配信先 : 東北大学 宮城県政記者会 東北電力記者クラブ科学技術振興機構 文部科学記者会 科学記者会配付日時 : 平成 30 年 5 月 25 日午後 2 時 ( 日本時間 ) 解禁日時 : 平成 30 年 5 月 29 日午前 0 時 ( 日本時間 ) 報道機関各位 平成 30 年 5 月 25

Microsoft PowerPoint EM2_15.ppt

Taro-F25理論 印刷原稿

5. 磁性イオン間の相互作用

Microsoft PowerPoint - 卒業論文 pptx

15群(○○○)-8編

高集積化が可能な低電流スピントロニクス素子の開発に成功 ~ 固体電解質を用いたイオン移動で実現低電流 大容量メモリの実現へ前進 ~ 配布日時 : 平成 28 年 1 月 12 日 14 時国立研究開発法人物質 材料研究機構東京理科大学概要 1. 国立研究開発法人物質 材料研究機構国際ナノアーキテクト

<4D F736F F D208CF595A890AB F C1985F8BB389C88F CF58C9F8F6F8AED2E646F63>

Microsoft PowerPoint - 04.誘導起電力 [互換モード]

世界最高面密度の量子ドットの自己形成に成功

電磁気学 A 練習問題 ( 改 ) 計 5 ページ ( 以下の問題およびその類題から 3 題程度を定期試験の問題として出題します ) 以下の設問で特に断らない限り真空中であることが仮定されているものとする 1. 以下の量を 3 次元極座標 r,, ベクトル e, e, e r 用いて表せ (1) g

1-2 原子層制御量子ナノ構造のコヒーレント量子効果 Coherent Quantum Effects in Quantum Nano-structure with Atomic Layer Precision Mutsuo Ogura, Research Director of CREST Pho

Microsoft PowerPoint - H21生物計算化学2.ppt

PowerPoint プレゼンテーション

Microsoft PowerPoint - 東大講義09-13.ppt [互換モード]

Microsoft Word - 固体の電子論第2講.doc

Microsoft Word - 5章摂動法.doc

マスコミへの訃報送信における注意事項

Microsoft PowerPoint - qchem3-9

図 1 3 次元単純立方ブラベ 格子 図 2 体心立方ブラベー格子の格子点 図 3 体心立方ブラベー格子の 3 個の基本 ベクトル 点 P は P=-a 1 -a 2 +2a 3 図 4 体心立方ブラベー格子の基本ベクト ル点 P は P=2a 1 +a 2 +a 3 第 2 節 逆格子 前節で定義

Microsoft PowerPoint - 11JUN03

Microsoft Word - 2_0421

スライド 1

Microsoft PowerPoint EM2_3.ppt

Microsoft PowerPoint - 第10回電磁気学I 

Microsoft Word - ライントレーサー2018.docx

講 座 熱電研究のための第一原理計算入門 第2回 バンド計算から得られる情報 桂 1 はじめに ゆかり 東京大学 が独立にふるまうようになる 結晶構造を定義する際に 前回は 第一原理バンド計算の計算原理に続いて 波 アップスピンの原子 ダウンスピンの原子をそれぞれ指 のように自由な電子が 元素の個性

13 2 9

高校卒程度技術 ( 電気 ) 専門試験問題 問 1 次の各問いに答えなさい なお 解答欄に計算式を記入し解答すること 円周率 π は 3.14 で計算すること (1)40[Ω] の抵抗に 5[A] の電流を流した時の電圧 [V] を求めなさい (2) 下の回路図においてa-b 間の合成抵抗 [Ω]

物性基礎

スライド 1

Microsoft Word - note02.doc

論文の内容の要旨

銅酸化物高温超伝導体の フェルミ面を二分する性質と 超伝導に対する上純物効果

PowerPoint プレゼンテーション

マスコミへの訃報送信における注意事項

共同研究グループ 理化学研究所創発物性科学研究センター 量子情報エレクトロニクス部門 量子ナノ磁性研究チーム 研究員 近藤浩太 ( こんどうこうた ) 客員研究員 福間康裕 ( ふくまやすひろ ) ( 九州工業大学大学院情報工学研究院電子情報工学研究系准教授 ) チームリーダー 大谷義近 ( おおた

第6章 072 太陽電池はダイオードの一種 太陽電池のための半導体デバイス入門 上級編 ダイオードは二極菅という真空管だった 図1 ダイオードの起源は二極菅という真空管 プレート アノード ダイオードは もともと図1に示す 二極菅 と呼ばれる真空管のことを指しました この二極菅の特許も かのエジソン

Transcription:

予定 ( 川口担当分 ) (1)4 月 13 日 量子力学 固体の性質の復習 (2)4 月 20 日 自由電子モデル (3)4 月 27 日 結晶中の電子 (4)5 月 11 日 半導体 (5)5 月 18 日 輸送現象 金属絶縁体転移 (6)5 月 25 日 磁性の基礎 (7)6 月 1 日 物性におけるトポロジー

今日 (5/11) の内容 ブロッホ電子の運動 電磁場中の運動 ランダウ量子化 半導体 半導体中の不純物準位 キャリアー密度 代表的な半導体のバンド構造 半導体へテロ構造 超格子 半導体の応用

レポート問題 4 2 次元三角格子を持つ 3 価金属のフェルミ面を 以下の手順に従って描きなさい 1. 逆格子ベクトルを求め 第一 第二 第三ブリルアンゾーンを図示しなさい 2. 一電子あたり第一ブリルアンゾーンの半分の面積を占有することから 3 価の金属に対するフェルミ円の半径を求めなさい ( 準自由電子模型 ) 3. 1,2 の結果から フェルミ面を求め どこに電子 正孔がいるかを示しなさい

ブロッホ電子の運動

静電場中のブロッホ電子 逆格子ベクトルだけ任意性をもつ 1D 強束縛模型 家泰弘 物性物理 ( 産業図書 ) ブロッホ振動 通常は振動周期よりも短時間で散乱が起こる 直流電流 (Drude の式 )

静磁場中のブロッホ電子 等エネルギー面の磁場に垂直な接線方向 等エネルギー面の法線方向 家泰弘 物性物理 ( 産業図書 ) 電子は常に等エネルギー面にとどまる 周回運動

静磁場中のブロッホ電子 周回運動の周期 実空間での軌道 家泰弘 物性物理 ( 産業図書 ) 磁場に垂直成分は 波数空間での軌道を磁場の周りに 90 度回転した方向に動く

静磁場中のブロッホ電子 波数空間 閉じた軌道 実空間 開いた軌道 波数空間 実空間 家泰弘 物性物理 ( 産業図書 )

ランダウ量子化 磁場により電子状態そのものが変化 磁場中の電子のハミルトニアン 2 次元自由電子 一様磁場 シュレディンガー方程式 ランダウゲージ : サイクロトロン周波数 量子化縮重度 : ( 単位面積当たり )

レポート問題 5 面直磁場下の 2 次元自由電子のシュレディンガー方 程式を解き エネルギー固有値と各固有値に対する 縮重度を求めなさい

ランダウ量子化 スピン自由度はないとする 軌道の量子化 熱力学量 輸送係数が磁場の関数として振動 ex) de Haas-van Alphen 効果 : 磁化の振動 Shubnikov-de Haas 効果 : 磁気抵抗の振動

de Haas-van Alphen 効果 電子密度 に対し であれば電子はすべて基底状態にはいる このとき 電子のエネルギーは 一般に のとき N 番目の励起状態までが完全に N+1 番目が部分的に占有される

de Haas-van Alphen 効果 磁化 1/B に対して周期的 周期 : 2D フェルミ円の囲む面積 フェルミ面の形状の測定に用いられる 家泰弘 物性物理 ( 産業図書 )

半導体

半導体 電子が完全に詰まったバンド ( 価電子帯 ) とその上の完全に空いたバンド ( 伝導帯 ) との間にエネギーギャップがある物質は絶縁体となる 絶縁体でもエネルギーギャップが比較的小さい物質 (<2eV) を半導体という 代表的な半導体 ダイアモンド構造 Si,Ge 閃亜鉛構造 GaAs

半導体中の不純物 不純物 : 電子を供給 / 奪う 電子を供給する不純物ドナー 電子を奪う ( 正孔を供給する ) 不純物アクセプター 例 1) Si (IV 族 ) に P (V 族 ) を不純物として添加 5 個の価電子のうち 4 個が共有結合 残りの 1 個は不純物原子の周りにゆるく束縛 例 2) Si (IV 族 ) に B (III 族 ) を不純物として添加 電子がひとつ不足 = 正孔がひとつ供給 意図的に不純物を添加することをドーピングという n 型半導体 : ドナー不純物をドープしたもの p 型半導体 : アクセプター不純物をドープしたもの真性半導体 : 不純物がないもの

不純物イオンによる束縛エネルギー 水素原子と類似状態 伝導電子の有効質量 半導体の誘電率 ~100K : 熱励起

n 型 /p 型半導体における電子 正孔の分布 n 型半導体 p 型半導体 ドナー準位 アクセプター準位 家泰弘 物性物理 ( 産業図書 )

キャリアー密度 伝導帯 (conduction band) に励起される電子の密度 フェルミ分布関数 伝導帯の状態密度 エネルギーにの有効状態密度が集中しているとみなせる

キャリアー密度 同様に価電子帯 (valence band) に励起される正孔の密度 n 型 p 型 真性を問わず成り立つ

真性半導体 より 一方 が成り立つので ギャップのほぼ真ん中

レポート問題 6 ドナー濃度 ドナー準位の n 型半導体を考える 1. 一つのドナー準位を電子が占める確率は 次式で与えられる これを説明しなさい 2. 伝導帯に励起されている電子の数はイオン化したドナーの数と正孔の数の和に等しい このことから 以下の 3 つの領域において電子とホールの密度をそれぞれ求めなさい 3. 上の結果を踏まえ 横軸を 縦軸を電子の密度として プロットしなさい

半導体のバンド構造 代表的な半導体 ダイアモンド構造 Si,Ge 閃亜鉛構造 GaAs ブリルアンゾーンは fcc 構造と同じ https://ja.wikipedia.org/wiki/ ダイヤモンド https://ja.wikipedia.org/wiki/ ブリュアンゾーン

半導体のバンド構造 家泰弘 物性物理 ( 産業図書 ) 伝導帯の底と価電子帯の頂上がブリルアンゾーンの同じ位置にある半導体を直接ギャップ半導体 そうでないものを間接ギャップ半導体と呼ぶ

半導体の伝導帯底付近における等エネルギー面 家泰弘 物性物理 ( 産業図書 )

GaAs, Si, Ge の物質パラメター 家泰弘 物性物理 ( 産業図書 )

半導体と半金属 周期律表の下段の元素からなる半導体ほどギャップが小さくなる傾向 ex.) InSb : 0.235 ev ( ナローギャップ半導体 ) IV 族では C: 5.5eV, Si:1.17eV, Ge:0.74eV, a-sn: 半金属 家泰弘 物性物理 ( 産業図書 )

半導体ヘテロ構造 超格子 異種の半導体を層状に積み重ねる ( ヘテロ構造 ) 天然には存在しない人工物質薄膜技術向上 ( 分子線エピタキシーなど ) により可能に ex) GaAs/Al x Ga 1-x As 家泰弘 物性物理 ( 産業図書 )

量子井戸 GaAs を Al x Ga 1-x As ではさんだ構造 GaAs の伝導体の電子は Al x Ga 1-x As との障壁によってできるポテンシャル井戸に閉じ込められ 2 次元電子ガスとなる 家泰弘 物性物理 ( 産業図書 )

半導体の応用 キャリア 密度が様々なパラメータに敏感 (= 制御可能 ) ダイオード トランジスタ等に応用

ダイオード 整流作用を持つ電子素子 順方向バイアス 電子 電流が流れる https://ja.wikipedia.org/wiki/ ダイオード 電子 正孔の結合により光を発する ダイオードレーザー 発光ダイオード

ダイオード 整流作用を持つ電子素子 逆方向バイアス 電子 電流が流れない https://ja.wikipedia.org/wiki/ ダイオード

トランジスタ トランジスタ : 電流増幅 スイッチング機能を持つ PNP NPN バイポーラトランジスタキャリアを 2 種類 ( 電子 正孔 ) 持つ E-B 間のわずかな電流変化が E-C 間電流に大きな変化となって現れる https://ja.wikipedia.org/wiki/ トランジスタ

電界効果トランジスタ (FET) 電圧により増幅 スイッチを制御 低消費電力 MOSFET (metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) https://ja.wikipedia.org/wiki/mosfet

電界効果トランジスタ (FET) 無バイアスでは NPN 構造 電流は流れない ゲート電圧をかけると絶縁膜がコンデンサとして働く 絶縁膜と P 型半導体の間に電子がたまる (N 型のチャンネル ) 電流が流れる https://ja.wikipedia.org/wiki/mosfet