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【学習】半導体工学【通信課程】

 
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まともな三年次の科目もまとめておきたいと思います。

半導体工学。この科目は多くの面で僕に刺激をくれた科目です。

第一にそもそも大学に行こうと思ったきかっけは何度もこのブログで書いてるんですが、学力不足を補うためでした。

具体的に言えば微分積分が全くできなかったので、電験二種の勉強を始めたときに手も足も出なくなったことがきっかけでした。

微分積分ができるようになったら、表現できる幅が広がるじゃないですか。

微分方程式も分かるようになったことで、資格の勉強の中でも特に苦手だった自動制御と半導体をちゃんと学ぼうと思ったんです。

 

で、半導体工学。

難しい科目だったんですが、理解できない科目ではなかったんです。

元々トランジスタダイオードの基本的な知識は高校でやってたので用語が分かってたってことも大きいと思います。

普通なら形式言語学とかとかの方が圧倒的に理解しやすいと思うんですけど、高校生の時はコンピュータよりも通信を一生懸命勉強してたのでそういうところの差かもしれません。

 

これまでPNP接合の詳細なんて考えたこともないし、ダイオードの特性曲線が表すことが何だかよくわからずその曲線グラフが出ただけで問いを飛ばすレベルだったんですが、この授業を受けたらなんでそのグラフになるか、電子がどう動いて電流を増幅するのかが計算を通じて理解できたんです。

 

そうなると勉強も楽しくなるじゃないですか。

結局そこから量子に話題が繋がりますし、量子に繋がるってことは宇宙にも繋がって、じゃ、原子はどこから生まれたのとかいろんな興味に繋がりました。

電波とか光とか目に見えないことも現象としてイメージできるようになりましたしね。

 

昔は理解できなかった「実験して計算通りの結果が得られる重要性」ってのが目に見えない世界を計算で表現できるようになってからようやく理解することができました。

 

コレは仕事にも通じることなので人としても成長を感じることができた科目でした。

 

提出日:課題A→2017/7/11 課題B→2017/7/25 

 【課題A】(1500字~2000字)

問題1

教科書P62の式(4.6)を導きなさい。

問題2 

pn接合ダイオードの順方向電圧電流特性J=Js{e^(ev/kt)-1}の右辺括弧中第二項の”-1”の意味するところは何かを説明しなさい

 

 【課題B】(1500字~2000字)

問題1

npnバイポーラトランジスタの増幅原理をpn接合ダイオードの順方向電圧電流特性を使って説明しなさい。

問題2

npnバイポーラトランジスタのベース領域に注入された電子はそのほとんどがコレクタに回収されることを説明しなさい。また、ベース領域での電子の損失を小さくするにはどうしたらいいか考察しなさい。

 

レポートの作り方 

課題A問題1

 

教科書P62の(4.6)を読むと物理の教科書によく載ってるから詳しくは自分で調べろと書いてあります。

今となってはどうやって調べたかすら思い出せませんが、何やら電子エネルギーの密状態を表す式?みたいなことを書いてます。

まず、運動量Pでの状態エネルギー密度を求めます。

これは半径P+dPの球体積-半径Pの球体積で求まり、これは球の表面積かけるdPで表すことができる。それが状態密度と言えるのでP62のしきが求まると書いてます。

求まる?これ?

課題A問題2

式についてバイアス電圧が0の時を考えます。

するとJ=Js(1-1)で0になります。電圧が0だから電流も0っていう意味です。

-1がない場合を考えます。

すると、電圧がかかっていないにもかかわらず電流が流れてるような表現になります。

これが何を意味してるのかってのを考えると、拡散電流を表現してるのかなと思います。

つまり-1が表すものは「熱平行状態」なのではないかと考えられます。

ここから問式を導くと-1の意味するところはpn接合面でのキャリア密度の差ということがわかります。

やっぱり-1で拡散をキャンセルしていることになるので熱平行状態を表すためだったということが導けます。

 

課題2問題1

増幅する原理ってのは伝習が増えることではなくてインピーダンスが小さくなることで増幅するようなイメージだと思ってて、それを式に当てはめながらレポートを書いたら「もっと頑張りましょう」をいただきました。

pnp接合だとエミッタ電流はコレクタにそのまま流れるのでie=icになって増幅のイメージは掴めないんですが、ベースが間にあることによってエミッターベース間は順バイアスでインピーダンスが小さい、逆にベース-コレクタ間は逆バイアスでインピーダンスが大きい、このインピーダンス比をとって増幅してるでしょ?って示したわけです。

 

でも、これを示すので問式がいらないよなぁとも思いました。

 

課題2問題2

損失を減らすにはいくつかの方法があります。

僕は結果としてベースの幅を小さくすること、電位勾配を大きくすることで、エミッタからベースに入ってくる電子電流がベースで結合しない割合を増やして損失を減らす考察を行いました。

 

エミッタ効率を式で示しておいて、ベース透過率をかけて1に近似したい。

コレクタから流れる電流はほぼ全てが電子電流なのでここはあまり触れませんでした。

 

ネットは何も解決してくれない

この科目で痛感したんですが、今のネット上にある情報は全くと言ってもいいほど何の役にも立ちません。 

「ネットde真実」とかって言われてマウント取られる光景をよく見ますが確かにネットの情報なんてこれっぽっちも当てになりませんから僕もそう思います。

 

例えば、この科目のレポートを解くときにヒントを探してググるじゃないですか。

すると十数年前のページが数件ヒットするだけです。

それでもレポートの力になってくれるだけマシで、多くの場合は聞きたい答えが返ってきませんでした。

 

昔はそんなこともなかったとも思います。

専門的な知識を持った人が専門的なサイトを運営してることはよくあったと思いますし、それは今もあると思います。

実際にいま資格勉強をしてますが勉強になるサイトはあります。

特にYouTube上に動画として公開してくれている方もいてそういう面では非常に助かります。

 

しかし、そういう深い知識をつけるための情報はパッと検索しただけでは見つかりにくくなってるような気がしました。

 

出てくる情報の多くは確信をついていないというか....

 

ストレートに言えばネットで出てくる情報は浅く、真偽不明で、出典も明らかでないものばかりです。

 

ネットの役割が時代と共に変わって、現在は「情報を得るもの」から「コミュニケーションをとるもの」に変わりつつあると思っています。

そういう観点から見ると真偽の定かでない情報があふれているのは仕方ないのかもしれませんね。

ネットの情報のすべてが「友達の友達が言ってた情報」だという感じです。

 

この科目に限らずですが、テキストに書いていること以上に深く考察されているサイトなんてOCWを除いて滅多にありません。

なので、知識を得る一時ソースはやはり「本」が最強ということになります。

 

もっと言えば「本」には読解力が求められるのでそれを鍛えることで、ネットで手に入る適当な知識の真偽を確かめることや、その情報が何を伝えるのかをより正確に汲み取ることができるようになります。

つまりネットが一般化する以前に増して「本を読む」ことが重要になっているのではないでしょうか?

 

「ネットに書いてた!ネットに書いてた!」って言ってる人は結構いますが、その情報ちゃんとソースありますか?

 

 

以上、半導体工学のレポートまとめでした。

 

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