シリコンダイオード教材を用いた教育プログラムの構築と実践

硅二极管教材教育方案的构建与实施

基本信息

批准号：
21K02937
负责人：
内海淳志
金额：
$ 2.41万
依托单位：
Maizuru National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

半導体デバイスを学習するための実験教材として，液体金属を電極に用いたショットキーダイオードを提案している。このダイオードは，蒸着装置やスパッタ装置などの製造装置を使用せずに作製できるため，大学や高専の半導体実験室以外で作製実験を行うことができる。本研究の目的は，このダイオードを教材とした半導体デバイス作製実験の教育プログラムの構築とその教育効果の検証である。具体的には，舞鶴工業高等専門学校（以下，舞鶴高専）の実験実習において，教育プログラムの設計，実施，評価および改良を3年間に渡って繰り返すことで実用化する。今年度は，舞鶴高専の専攻科1年生8名（半導体工学を学習済みの20～21歳の学生）を対象として，ダイオード作製実験に対する教育効果の検証を行った。具体的には専攻科の特別実験において4月から9月までの期間で，ダイオード作製実験およびその特性の評価，学生への事前事後の授業アンケートを行った。結果として，前年度と同様，半導体デバイスへの理解が深まったとの意見が多く，一定の教育効果が見られた。本研究の課題としてデバイス毎の特性のばらつきがあるが，その原因の一つとして電極形状が不安定であることが挙げられる。具体的には，液体金属が変形しやすいため，形成した電極形状が不揃いであったり，測定時に電極形状が崩れたりする。そこで，塗布による電極形成時には液体でありながら，測定時には固体化する液体金属を試作した。融点を高くするため，液体金属の組成を調整し，試作した液体金属の電気抵抗，およびそれをダイオードの電極として使用した際の電流-電圧特性の評価を行った。開発した液体金属は，融点を上げることで取り扱いがしやすく，組成を調整する前の液体金属と比較しても同等の電気的特性を有していることがわかった。この改良した液体金属を用いたダイオードについても引き続き評価をしていく予定である。

建议使用液态金属作为电极作为学习半导体设备的实验教材。可以在不使用制造设备（例如蒸发设备或溅射设备）的情况下制造该二极管，从而可以在大学或技术学院的半导体实验室之外进行制造实验。这项研究的目的是构建一个教育计划，用于使用该二极管作为教学材料制造半导体设备的实验，并验证教育效果。具体来说，在Maizuru技术学院的实验培训（以下称为Maizuru技术学院）中，将在三年内设计，实施，评估和改进教育计划，以使其实用。今年，我们研究了莫伊祖鲁技术学院的八名一年级学生的二极管制造实验的教育效果（20至21岁的学生已经学习了半导体工程）。具体而言，在大满贯的特别实验中，在4月至9月之间进行了二极管生产实验，对其特征的评估以及提前对学生进行的调查。结果，与上一年一样，许多人说，他们对半导体设备的理解加深了，并且具有一定程度的教育效果。这项研究的问题是每个设备特性的变化，原因之一是电极形状不稳定。具体而言，由于液态金属易于变形，因此形成的电极形状可能不均匀，或者在测量过程中可能会扭曲电极形状。因此，我们制作了一种原型液体金属，该原型是液体时液体时用涂层形成的，但在测量电极时凝固。为了增加熔点，调整了液体金属的组成，并评估原型液体金属的电阻和电流 - 电压特性用作二极管的电极时。发现发达的液体金属通过增加熔点更容易处理，并且在调整组合物之前，它具有与液体金属相同的电性能。我们计划继续评估这种改进的液态金属二极管。