2025年度/1AHB039100

【火3】物性物理学2 <前期>

物性物理学Ⅱでは，金属，半導体および誘電体を対象として、種々の物質の電気特性，電子特性および誘電特性について解説し，物質固有の特性の理解を促す

担当教員氏名

溝口 幸司

科目ナンバリング

AHBPHY32020-J1 (公大) / CSPHY3421-J1 (府大) / SBAD27402 (市大)

授業管轄部署

理学部

授業形態

講義

開講キャンパス

杉本

開講区分

週間授業

配当年次

4年 (公大) / 3年 (府大) / カリキュラムにより異なります。 (市大)

注意: 配当年次は学部・学科によって異なる場合があるので、UNIPAで確認してください。学年指定なしの表記は、要覧等を確認してください。

単位数

2単位 (公大) / 2単位 (府大) / 2単位 (市大)

注意: 実際の単位数は学部・学科によって異なる場合があるので、必ずUNIPAで確認してください。

到達目標

物性物理学Ⅱでは，金属，半導体，誘電体を対象として、固体中の電子状態に基づき、それらの電気特性，電子特性，および，誘電特性を総括的に理解し，説明できるようになることを目標としている。金属中の伝導電子の運動を描写する自由電子論，および，固体中の電子状態を示すバンド理論を理解・説明できるようになることを目標とする。また、半導体や誘電体に出現する多彩な物理現象を取り上げ、基礎的な概念を習得することで，半導体の電子特性や誘電体の誘電特性を説明できるようになることを目標としている。具体的には，以下の内容を身につけることを達成目標とする。

1．自由電子気体の分布関数，状態密度や電子比熱を理解・説明できること

2．周期ポテンシャル中の電子に関する定理，バンド構造や電子の特性を理解・説明できること

3．半導体におけるバンド構造，および，電子と正孔の特性を理解し説明できること

4．不純物半導体，p-n接合を理解し説明できること

5．誘電体における誘電的性質について理解し，説明できること

各授業回の説明

授業	授業内容	事前・事後の学習内容
第1回	全体のイントロ：金属，半導体，誘電体 電子の古典的取り扱い オームの法則と電気伝導度	量子力学，電磁気学，統計力学，および，物性物理学1の復習 また，電磁気学におけるマクスウェル方程式の予習・復習
第2回	自由電子気体 金属中の自由電子とフェルミ−ディラック分布，ボーズ-アインシュタイン分布，マクスウェル-ボルツマン分布	「１次元ポテンシャル中の電子のエネルギー準位」と「フェルミ−ディラック分布」の予習・復習
第3回	自由電子気体 状態密度，物理量の総和，フェルミのゴールデン則，キャリア密度と電子比熱	「３次元の自由電子気体」と「電子気体の比熱」の予習・復習
第4回	自由電子気体 電気伝導度，移動度，波束の運動と外場中の電子の運動	電子の「電気伝導率」と「磁場内の運動」の予習・復習
第5回	バンド構造 自由電子のエネルギー分散と，周期ポテンシャル中の電子のエネルギー分散	「自由電子に近い電子モデル」の予習
第6回	バンド構造 ブロッホの定理（ブロッホ関数）とバンド構造	周期ポテンシャル中の電子の波動関数と「ブロッホ関数」の予習・復習
第7回	バンド構造 基本方程式，有効質量と群速度	「周期ポテンシャル内の電子」の予習・復習
第8回	半導体 バンド構造，バンドギャップ，直接半導体と間接半導体	「半導体」における「バンドギャップ」の予習・復習
第9回	半導体 正孔と，正孔の特性	「半導体」における「運動方程式」，「ホール」および「有効質量」の予習・復習
第10回	半導体 キャリア濃度と移動度，および，温度依存性	「固有領域におけるキャリア濃度」および「移動度」の予習・復習
第11回	半導体 不純物半導体とp-n接合	半導体における「不純物伝導」と「不純物半導体」の予習・復習
第12回	誘電体 局所電場，誘電分極	「誘電体と強誘電体」における「局所電場」と「誘電分極」の予習・復習
第13回	誘電体 誘電分散	「誘電体と強誘電体」における「誘電分散」の予習・復習
第14回	誘電体 強誘電体	「誘電体と強誘電体」の予習・復習

成績評価方法

授業目標（達成目標）の1〜5の達成度で成績評価を行う。C(合格)となるためには，授業目標（達成目標）の全ての項目で基本的な問題が解けることが必要である。

成績を評価する手段として，レポート，および，期末試験を用いる。

履修上の注意

本授業に関連して，「物性物理学 I」 ,「電磁気学」，「量子力学」，および「統計力学」を受講することが望ましい。教科書の内容の予習において，必ずしも全部理解する必要は無いので，教科書を読むことを勧める。

教科書

キッテル著「固体物理学入門　上・下（第８版）」 (丸善 )

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参考文献

作道恒太郎著「固体物理（電気伝導・半導体）」,「固体物理（格子振動・誘電体）」(裳華房)

黒沢達美著「物性論」(裳華房)

N. W. Ashcroft, and N. D. Mermin著「Solid State Physics」(Thomson Learning (1976))

オフィスアワー

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