- 使用教室
- 木3-4(G221)
- 単位数
- 講義：2 演習：0 実験：0
- 講義コード
- 89104
- シラバス更新日
- 2012年4月11日
- 講義資料更新日
- 2012年3月26日
- 学期
- 前期
講義概要
最近、高機能で微少な光デバイスがますます重要になっているがそれを開発する上で新たな材料が多く生み出され、それぞれいままでにない興味深い特性を示す。本授業ではそれらを理解するために必要不可欠な、固体のエネルギーバンド、量子効果、光物性等の物理的基礎知識を習得し、それが最近の新たな光デバイスにどのように反映されているかを習得することを目的とする。
国際大学院コース科目
Recently, new materials are developed for realizing new electronic, optical, and magnetic devices with novel and high functionality. In this course, fundamental and principal knowledges of energy bands in solids, principal quantum phenomena, and optical properties in advanced materials will be lectured.
講義の目的
Studies of new materials and their physical properties are indispensable for the development of novel electronic, optical, and magnetic devices with new and high functionality. This class aims at grabbing fundamental concepts of energy bands in semiconductor crystals, quantum size effects, as well as optical and electronic properties, which are needed to carry out research and development of new devices and materials. Relation between the fundamental knowledge and the most advanced optical devices will also be reviewed.
高機能・新機能な電子・光・磁気デバイスを開発する上で、新規材料の設計・創成とその物性探究は避けて通れない。本講義ではそうした研究・開発に必要不可欠な，半導体結晶のエネルギーバンド構造，量子効果，光物性、電子物性等の物理的基礎知識を習得することを目的とする。特に、エネルギーバンドをどうイメージするか、議論をできるだけ掘り下げることを心がけて講義を組み立てる。加えて、こうした基礎知識が光デバイス・材料にどう反映されているかを論じる。
講義計画
[Sessions 1 to 8 : Energy bands in view of chemical bonding]
1. Warm up : plasma oscillation and optical characteristics of metals
2. Energy bands : let us start from bonding and anti-bonding orbital
3. Collective motion of electrons in solids : why collective motion is expressed by wave?
4. wave-like motion in a periodic potential : about the concept of Brillouin zone
5. Energy bands : relation between the number of covalent electrons and occupation in energy bands
6. Valence bands : why do heavy-hole and light-hole bands exist?
7. Conduction bands :why the E-k relation deviates from the parabolic one?
8. Direct gap vs. Indirect gap
[sessions 9 to 15 : Optical properties]
9. Optical absorption : let us compare silicon and GaAs
10. Optical emission : about exciton
11. Optical emission : importance of impurity doping
12. Mixed crystals and heterostructures
13. Quantum size effects
14. Optical devices utilizing the quantum size effects
15. New materials and new phenomena
【講義計画】
[前半１－８：化学結合から捉えたエネルギーバンド]
1. ウォームアップ：金属の光学的特長、プラズマ振動
2. エネルギーバンド：まず結合軌道と反結合軌道から
3. 固体に閉じ込められた電子の集団運動：なぜ電子集団を波動で表現するのか
4. 周期的ポテンシャル中の波動運動：Brillouin Zone という概念について
5. エネルギーバンド：価電子数とバンド占有状態の関連
6. 価電子帯：なぜ重い正孔バンドと軽い正孔バンドが生じるのか
7. 伝導帯：E-k関係はどうして放物線から逸脱するのか
8. 直接遷移型バンドギャップと間接遷移型バンドギャップ
[後半９－１５：光物性]
9. 光吸収：シリコンとガリウム砒素の違いを例にして
10. 発光：励起子について
11. 発光：不純物添加の重要性
12. 混晶と半導体ヘテロ構造
13. 量子閉じ込め効果
14. 量子効果を活用した光デバイス
15. 新材料、新現象
教科書・参考書等
担当教官が作成した資料を用いる。参考書は講義中に紹介する。
関連科目・履修の条件等
学部で、固体の電気的性質に関連した講義、あるいは、初等量子力学や初等量子化学の講義、を履修し合格していることが好ましい。Students who qualified fundamental levels on electronic properties of solids, elemental quantum physics, or elemental quantum chemistry in undergraduate courses are appropriate to take this class.
成績評価
Evaluation will be carried out by the written exams and Q&A during the class.
担当教員の一言
質疑応答や演習を取り入れるので、受講者の積極的な関与を期待します。
オフィスアワー
every Thursday from 13:00pm to 15:00pm
その他
担当教員：
○ 宗片 比呂夫 教授 ： すずかけ台 J1棟213号室（内線5185）
E-mail: hiro[atmark]isl.titech.ac.jp
菅原 聡 准教授 ： すずかけ台 G2棟502号室（内線5184）
E-mail: sugahara[atmark]isl.titech.ac.jp
