Syllabus data
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Teacher name ： 角谷 正友
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開講年度
2025Year
開講学期
Second Semester
科目名
Surface Science
授業種別
Lecture
科目名（英語）
Surface Science
授業情報(授業コード・クラス・授業形態)
A0800007 Surface Science
担当教員
null
単位数
2.0Credits
曜日時限
Tue.5Period
キャンパス
Shinjuku Campus
教室
A-0762教室
学位授与の方針
1 基礎知識の修得 20 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得 80 ％ 3 汎用的問題解決力の修得 0 ％ 4 道徳的態度と社会性の修得 0 ％ 具体的な到達目標
逆格子の考え方を理解できる。回折現象を理解し、x線回折、電子線回折について説明できる。表面分析手法の特徴と適応範囲を理解できる。半導体バンド構造と表面評価方法との相関を説明できる。吸着、拡散などの表面物理、化学的な現象を理解できる。
受講にあたっての前提条件
フーリエ変換、半導体のバンド構造、気体分子運動論の基礎的な概念を把握していることが望ましい（必須ではない）
授業の方法とねらい
結晶構造を表わす逆格子について理解し、回折現象についての原理を学ぶ。表面での逆格子構造に適応して物質の表面を評価するさまざまな手法の原理を理解する。また、結晶成長や薄膜成長など表面が大きく作用するにおいて、吸着、拡散、取り込みなどの現象について学ぶ。卒業研究を行う上で重要な評価手法やその原理について学び、研究の現場で使える知識として身につけられるようにしていく。授業はスライド（参考資料としてアップロード）を使いながら板書で内容を説明する。授業中に演習問題を取り入れて授業内容の理解を深めるようにする。
AL・ICT活用
Presentation／Support for self-learning using ICT
第1回
授業形態
対面
事前学習
事前学習：表面という言葉から連想する物理を考える。
0.5時間
授業内容
「ガイダンス/結晶構造・ブラベー格子・ミラー指数」
本授業で習う項目について問題等で説明を行う。提示する問題の内容を理解して、自分で解答できることをこの授業の１つの目標とする。単位格子の対称性から単位格子を考えれば全体を考えているのと同じであるという概念を理解する。単位格子の繰り返しが無限の全体を表現していて、数学的に対称性を表わす群によって保障されていることを理解する。 事後学習・事前学習
授業内容の復習（ガイダンスで説明した内容をまとめる）
ミラー指数とは何か調べる。 0.5時間
第2回
授業形態
対面
授業内容
「フーリエ変換・逆格子」
周期的関数で表現されるものはフーリエ変換によって次元が打ち消されるように変換されることを理解する。逆格子の例を単純立方格子からスタートし、その概念について理解する。 事後学習・事前学習
結晶構造を表わす名称を覚える。
フーリエ変換とは何か調べる。 1時間
第3回
授業形態
対面
授業内容
「逆格子（単純立方、面心、体心立方格子、六方晶）」
周期的関数で表現されるものはフーリエ変換によって次元が打ち消されるように変換されることを理解する。逆格子の例を単純立方格子からスタートし、その概念について理解する。単純立方格子の逆格子から面心立方格子の逆格子に展開する。面心立方格子の消滅則についても理解する。六方晶系のミラー指数表記について理解し、逆格子ベクトルの導出、逆格子点の理解する。 事後学習・事前学習
単純立方格子と面心立方格子の逆格子ベクトルを自分で導出すること。
0.5時間
第4回
授業形態
対面
授業内容
「回折条件、X線回折」
x線回折条件についてx線入射角度と回折角度との関係について理解する。材料の格子定数を求める手法として使われるx線回折法について理解する。結晶方位から見た時の逆格子点の並びについて理解する。 事後学習・事前学習
体心立方格子、面心立方格子、六方晶の逆格子ベクトルをｘｙｚ座標系で導出する。
0.5時間
第5回
授業形態
対面
授業内容
「表面の逆格子、電子線回折」
表面の逆格子について理解する。電子線回折で重要な加速電圧と電子線の波長の関係を理解する。X線回折同様にエバルト球を用いて幾何学的に表面での回折現象を説明できることを理解する。 事後学習・事前学習
反射型高エネルギー電子回折と低エネルギー電子線回折について調べる。
0.5時間
第6回
授業形態
対面
授業内容
「透過型電子顕微鏡、電子線の利用」
回折現象を利用した構造解析の1つである透過型電子顕微鏡について、逆格子点と格子像がフーリエ変換、逆フーリエ変換の関係にあることを理解する。 事後学習・事前学習
参考図書であるマーミンの回折の章を読んでリポートとしてまとめる。
0.5時間
第7回
授業形態
対面
授業内容
「バンド構造・光電子分光法の原理」
バンド理論について復習し、光電子分光による表面観察の原理について理解する。 事後学習・事前学習
教科書の光電子分光法の章を読みレポートとしてまとめる。
量子力学で学んだトンネル効果について復習する。 1.5時間
第8回
授業形態
対面
授業内容
「表面構造とトンネル顕微鏡・原子間力顕微鏡の原理」
トンネル効果を利用した表面観察手法について理解する。バイアスの印加極性によって観察される半導体表面のバンド構造に違いがあることを理解する。また、表面とプローブ間に作用する原子間力を利用した顕微鏡の原理を理解する。 事後学習・事前学習
トンネル現象や原子間力とは何か調べる。これまで学習したさまざまな表面観察手法について原理、何が見えるか、利点など表としてまとめる。
0.5時間
第9回
授業形態
対面
授業内容
「表面エネルギー・鏡面吸着現象」
Si表面でのダングリングボンドの面方位依存性について理解し、表面での構造についての理解を深める。また、表面での物理吸着、表面拡散、脱離、化学吸着など表面反応に関わる現象を理解する。 事後学習・事前学習
表面エネルギーの定義について復習し、Siの各結晶面での表面エネルギーを算出する。
1時間
第10回
授業形態
対面
授業内容
「真空・薄膜成長手法I」
真空を達成するために必要なポンプの原理を理解し、所望の到達真空度に必要なポンプの選択できるようにする。容器内の真空度に応じた分子数や速度についてイメージして、表面へのフラックス量について理解する。 事後学習・事前学習
気体分子運動論を復習する。
0.5時間
第11回
授業形態
対面
授業内容
「真空・薄膜成長手法II」
さまざまな薄膜成長法について、表面反応の点から理解する。 事後学習・事前学習
授業で説明のあった薄膜成長法についてまとめる。
0.5時間
第12回
授業形態
対面
授業内容
「イオン散乱分光法」
表面原子の構造的な並びに応じて照射されるイオンがどのように散乱されていくか、その結果表面構造のどのようなことを観察することができるのか理解する。 事後学習・事前学習
ラザフォード後方散乱や同軸型イオン散乱法の原理とどのような評価に利用できるのかまとめる。
0.5時間
第13回
授業形態
対面
授業内容
「研究現場での表面物理の活用法」
これまで習ってきた内容が実際の研究現場でどのように使われているか、研究データを示しながら紹介する。 事後学習・事前学習
4年生で配属される研究室の研究内容と評価装置について考える。
0.5時間
第14回
授業形態
対面
授業内容
「これまでの授業の振り返り」
試験後に開催をするので、試験問題に関する内容を行う。 事後学習・事前学習
特になし
0.5時間
第15回
授業形態
対面
授業内容
期末試験
事後学習
これまでの授業内容についての試験を行う。
1時間
成績評価の方法
定期試験期間内に実施する期末試験（70%）、授業中の小テスト等受講態度（30%）の成績をもとに理解度をA+、A, B, C, D, FのGradeで評価する。Grade D以上を合格とする。受講態度は毎回授業中に行う演習解答の提出、レポートの内容から評価する。
受講生へのフィードバック方法
各回の授業で使うスライドは受講生は適宜ダウンロードできるようにするので、授業を聴講する前に内容をチェックするとともに、聴講後に理解できなかった箇所をスライドで復習を行う。理解できない場合は電子メールや次回の授業中に質問に回答するなど内容を理解できるようにしていく。
教科書
吉原一紘著 入門 表面分析—固体表面を理解するための(材料学シリーズ)
参考書
オックスフォート物理学シリーズ 表面の物理 川路紳治 訳 丸善固体物理の基礎（上I）-固体電子論概論-アシュクロフト・マーミン 吉岡出版/ 物質の対称性と群論 今野豊彦 共立出版 キッテル 固体物理学入門 など
オフィスアワー
非常勤講師のため、EmailでSUMIYA.Masatomo[at]nims.go.jp（[at]を@に変更して）まで質問をお願いします。授業終了後でも質問を受け付けます。
受講生へのメッセージ
質問を歓迎する。欠席の連絡も事前に上記アドレス先まで。
2020年度音声付の講義スライドを用意しました。現段階では不明であるが、そこにアクセスできるのであれば授業開始前に聴講した上で受講してほしい。わからなかった点がどこであるかを意識して受講できればと考えています。 実務家担当科目
Not applicable
実務経験の内容
教職課程認定該当学科
Not applicable
その他の資格・認定プログラムとの関連
関連する科目でない
教育課程コード
Ⅲ3c
教育課程コードの見方【例】 Ⅰ2a（Ⅰ…Ⅰ群、2…2年配当、a…必修） ※ a : 必修 b : 選択必修 c : 選択 ※複数コードが表示されている場合には入学年度・所属学科の学生便覧を参照のこと
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