電子工程 102 年半導體工程考古題

請繪出正三角形晶格（Lattice）之維格納-塞茨晶胞（Unit cell）。（10 分）

請說明為何積體電路（Integrated circuits，簡稱IC）工廠，在製作IC 的過程需要 在清潔室（Clean room）的環境下操作？（10 分） 請說明隨著IC 製程技術的進步，清潔室環境的品質需求有何改變？（10 分）

說明重摻雜半導體為什麼會出現能隙窄化（bandgap narrowing）的現象？（6 分） 能隙窄化對雙極接面電晶體之射極注入效率（emitter injection efficiency）因數γ 有何影響？（6 分）

半導體材料中的載子濃度（no）和溫度倒數（1000/T）的關係如圖所示。今有某n 型半導體材料，其摻雜元素能階在導帶下方0.05 eV，若將摻雜元素更換為能階在 導帶下方0.1 eV 的元素，請問高溫本質區（Intrinsic）的濃度是否改變？雜質區 （Extrinsic）轉換為游離區（Ionization）的溫度是否改變？請說明理由。（20 分）

一般以雙極性接面電晶體（Bipolar junction transistor）技術製作之IC，常包含一矽 磊晶製程以形成埋藏層（Buried layer），此製程可改善雙極性接面電晶體的工作特 性，請說明此製程及其如何改善雙極性接面電晶體的工作特性。（20 分）

對一半導體進行霍爾效應量測（Hall effect measurement），磁場B 是由外垂直指向 頁面，外加電場E 方向指向右邊，量測所得到的霍爾電場EH 是由上往下，如下圖 所示，且此半導體的長度、寬度、高度分別為l、d、h，量測所得到的電流密度為J， 則： 多數載子會在上圖半導體那一邊堆積？此半導體為n 型抑或是p 型？（5 分） 求多數載子的遷移率（majority carrier mobility）。（5 分） 求多數載子的濃度（majority carrier concentration）。（5 分）

假設影響載子遷移率的散射因素只有三種，各單獨因素造成的載子遷移率分別為 1000, 500, 200 cm2/V-sec，請計算實際的載子遷移率。（10 分）

有兩個P-N 接面二極體，假設其接面雜質分佈皆為陡接面（Abrupt junction），因 此也假設其分級係數（Grading coefficient）m=1/2，其中P 型區之雜質濃度 NA=1×1016 cm-3，N 型區之雜質濃度ND=5×1015 cm-3，另外這兩個P-N 接面二極體 接面之截面積分別為0.1 mm2 及0.2 mm2，將兩個二極體P 型端接P 型端，N 型端 接N 型端，形成並聯連接，並將並聯之二極體加一反向偏壓3 V，在T=300 °K 下， 試求此並聯二極體之等效電容為多少法拉（Farad，簡稱為F）？（20 分）

蕭特基二極體（Schottky diode）與pn 接面二極體擁有類似的電流─電壓特性，但是， 這兩者的電流大小、主控機制、元件切換特性卻有顯著的差異。 說明這兩種二極體的電流傳導的主控機制有何不同？（6 分） 說明這兩種二極體的順向偏壓電流及開啟電壓（turn-on voltage）有何不同？ （6 分） 說明這兩種二極體的切換特性有何不同？ （6 分） 102年公務人員高等考試三級考試試題 類 科： 電子工程 全一張 （背面）

某半導體之能隙為1 eV，p 型費米能階在價帶上方0.3 eV，n 型費米能階在導帶下 方0.1 eV，請畫出結合成p-n 接面後的能帶圖，並標示接面處的電場方向。又內建 電位差（Build-in potential）是多少？（20 分）

在IC 奈米化過程中，有許多新的製程技術被引用，其中高介電係數（High K）材 料製程也是被引用技術之一，請詳細說明High K 材料技術在IC 奈米化過程可協助 解決甚麼困難？（20 分）

下圖是一個n 型半導體的電子濃度與溫度倒數之間的關係圖。圖中可以分為三段區域： 1018 (3) 1017 (2) 1016 (1) n 1015 (cm-3) 1014 0 4 8 12 16 20 1000/T (K-1) 電 子 密 度 區域⑴之中電子的主要來源是什麼？（3 分） 區域⑶之中電子的主要來源是什麼？（3 分） 由區域⑴之中的斜率可決定此半導體的什麼參數？（3 分） 由區域⑶之中的斜率可決定此半導體的什麼參數？（3 分） 圖中半導體中的施體摻雜濃度是多少？（3 分）

請說明金氧半場效電晶體（MOSFET）的汲極電流-汲極電壓特性的線性區和飽和區 的形成原因。（10 分） 六、光學微影製程的解析度和焦距深度都和數值孔徑（Numerical aperture）有關，請以 圖示說明當數值孔徑增大時，解析度變好但是焦距深度變差的原因。（20 分） 七、電子束蒸鍍（E-beam evaporation）和濺鍍（Sputter deposition）的階梯覆蓋能力，何 者較佳？為甚麼？（10 分） 1011 1013 1015 1017 ni 0 2 4

請說明矽材料於絕緣體上（Silicon on insulator，簡稱SOI）之IC 製作技術，同時說 明其對IC 元件之效益。（20 分）

在熱氧化製程中，分析發現氧化物厚度xox 與氧化時間t 之間的關係為下列的二次方 程式： Bt Ax x ox ox = + 2 在剛開始氧化的初期，求氧化物厚度xox=？（表示為t 之函數）（5 分） 當氧化反應持續很久之後，求氧化物厚度xox=？（表示為t 之函數）（5 分） 下列實驗數據是在920°C 下進行溼氧化所得到的原始成長速率關係： 時間t(hr) 0.11 0.30 0.40 0.50 0.60 氧化物厚度xox(μm) 0.041 0.100 0.128 0.153 0.177 由上述實驗數據求該氧化製程的係數：  A=？（5 分） B=？（5 分） 六、一般的化學溶液蝕刻劑都是等向性蝕刻劑（isotropic etchant），會往所有方向均勻 地蝕刻，造成圓角的截面特徵。相對地，非等向性蝕刻劑（anisotropic etchant）比 較喜歡在一個方向上蝕刻，造成由平坦且明確定義的表面所界定的壕溝或腔體。氫 氧化鉀（KOH）是截至目前最常使用之矽的非等向性蝕刻劑。 那一個結晶平面是KOH 蝕刻速率特別低的平面？（5 分） 造成此結晶平面蝕刻選擇性的起源為何？（5 分） 什麼材料可以作為KOH 蝕刻的罩幕材料？（5 分） 什麼材料可以作為KOH 蝕刻停止（stop）？（5 分）

8 10 12 Extrinsic Intrinsic Ionization 1000/T (K)-1 no (cm-3)