2021 Fiscal Year Research-status Report
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
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21K02937
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| Research Institution | Maizuru National College of Technology |
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Principal Investigator |
内海 淳志 舞鶴工業高等専門学校, その他部局等, 教授 (30402663)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石川 一平 舞鶴工業高等専門学校, その他部局等, 准教授 (10511735)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 教材開発 / 半導体教育 / ダイオード / 液体金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
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。本研究で得られる成果は，大学・高専などの授業を中心に広く利用されるものと考えられる。
今年度は，舞鶴高専の専攻科1年生11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い教育効果の検証を行った。結果として，半導体デバイスへの理解が深まったとの意見は多く，一定の教育効果は見られたものの，作製したデバイスの特性に比較的大きなばらつきが見られたため，今後の課題が明確になった。
教材開発については，シリコン基板の洗浄および酸化膜除去について工程の改良を進めた。液体金属をシリコン基板に直接塗布する場合，非常に薄い自然酸化膜であればシリコン表面に残存していたとしてもダイオードの作製が可能であることが開発過程でわかっており，今年度は酸化膜を除去せずに作製したダイオードの電流電圧特性やそのばらつきについて評価をした。現時点では安定してダイオードを作製することができていないため，プロセスの改良については継続して検討を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
教育プログラムの構築と試行についてであるが，当初の計画に沿って進めることができた。今年度は，専攻科生を対象として開発している教育プログラムの試行を行った。具体的には，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い教育効果の検証を行った。結果として，半導体デバイスへの理解が深まったとの意見は多く，一定の教育効果は見られたものの，作製したデバイスの特性に比較的大きなばらつきが見られたため，今後の課題も明確になった。教材開発については，シリコン基板の酸化膜を除去せずにダイオードを作製するプロセスの検討を進めているところである。以上のことから，今年度の研究の達成度はおおむね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は，今年度と同様，舞鶴高専の専攻科1年生約8名の実験実習において，ダイオード作製実験を行う予定である。前年度と同様に，4月から9月末までの期間での実施を計画しており，事前事後の授業アンケートなどでその教育効果を再度検証する。教材開発については，シリコン基板の洗浄・酸化膜除去プロセスの検討を継続して行うとともに，前年度に作製したダイオードの電流電圧特性の測定を定期的に行うことで，その経時変化を調べる予定である。
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