電子工程 110 年半導體工程考古題

砷化鎵半導體的晶格結構為閃鋅（zincblende）結構；其中砷原子構成一 個面心立方次晶格（sub-lattice），而鎵原子構成另一個面心立方次晶格。 繪出閃鋅晶格結構，並說明次晶格如何使兩種原子組合成共價鍵鍵 結。（10 分） 若以矽原子為砷化鎵半導體的雜質。分別就矽原子進入砷原子的次晶 格取代砷原子、以及進入鎵原子的次晶格取代鎵原子，討論如何影響 砷化鎵的導電型態。（10 分）

請說明四點探針量測半導體特性之架構並說明為何做此安排。（10 分）

何謂歐傑複合（Auger recombination）效應？它通常發生於何種狀況？ （10 分） 由p 型矽（Si）半導體與銅（Cu）形成蕭特基接面（Schottky junction）， 假如銅的功函數（work function, qm）為4.5 eV，矽的電子親和力 （electron affinity, qSi）為4.05 eV，矽的能隙（Eg）為1.12 eV，矽的 功函數（work function, qSi）為4.9 eV。請計算此蕭特基接面的能障值 （barrier height, qB）與內建電位值（built-in potential, qVbi）。（10 分）

考慮在一個順偏發光二極體元件的主動層內的電子、電洞復合 （recombination），舉出三種復合的方式，說明其物理機制，並敘述其復 合速率與電子、電洞濃度的關係。（20 分）

在化學氣相沉積（CVD）方法中反應溫度與成長速率有那兩種關係反應 出其成長機制？請解釋此兩種之意義？又那一種為CVD 成長較希望控 制之成長機制，為什麼？（15 分）

一般p-n 二極體的等效電路模型如下圖所示， 在順向偏壓下，請說明兩個電容C1 和C2 的來源為何？（10 分） 請說明兩個電阻RS 和RP 的來源為何？（10 分）

如下圖所示為一霍爾效應（Hall effect）量測結構，所量測為一半導體薄 膜長方形結構。電流I 如圖所示，由接點a 流入，接點b 流出。磁場B 為出紙面方向，與薄膜電流方向垂直。由接點c 與接點d 量得的電壓為 Vcd；由接點e 與接點d 量得的電壓為Ved。 若此半導體為n 型半導體，由電子傳導，問電子會堆積在e 接點側或 d 接點側？電壓Ved 為正或為負？說明你的理由。若半導體為p 型半 導體又會如何？（10 分） 若ed 的間距為W，cd 的間距為L，薄膜的厚度為t，磁場的大小為 |B|，單位電荷以q 表之。就半導體為n 型半導體，電子濃度為n 的條 件，求Ved/I 之值，以上述參數表之。（10 分） B磁場

某一直接能隙（1.42 eV ）之化合物半導體平衡時之載子濃度 nn0=1016/cm3，照光時每μsec 產生電子電洞對1013/cm3，如果少數載 子生命週期是2 nsec，請計算quasi-Fermi level，並畫出照光前後能隙 Fermi level 之變化。此材料之本質濃度為ni = 2.25106/cm3。（25 分）

對一工作於主動模式（active mode）的npn 雙極性電晶體，假設基極 對射極的偏壓為VBE，基極寬度為WB，WB 遠小於電子的擴散長度， 且電子在基極的擴散係數為Dn，電子電荷為q。今電子由射極進入基 極，在射極與基極的電子濃度為np(0)，在基極與集極的電子濃度為 np(WB)，請寫出在基極的電子電流密度方程式。（10 分） 通常較高值的厄利電壓（Early voltage, VA）可以得到較高值的電壓增 益。如果我們以下列三種方式設計雙極性電晶體以增加厄利電壓： 增加基極寬度，增加基極濃度，減少集極濃度，請說明那一種方 式可以得到較高值的電流增益（）？請說明理由。（10 分） C1 C2 RS RP

考慮一個異質PN 接面，P 型半導體的能隙為1.4 eV，其中性區之費米 能階在價電帶上方0.05 eV。N 型半導體的能隙為1.7 eV，其中性區的費 米能階在導電帶下方0.1 eV。若在接面接合處N 型半導體的導電帶比P 型半導體的導電帶高0.2 eV。假設P 型半導體的雜質濃度NA 遠高於N 型半導體的雜質濃度ND，畫出平衡時的能帶圖概要圖，圖中需標出能 隙、中性區費米能階、接合處的導電帶與價電帶差異，以及空間電荷區。 說明空間電荷區的主要電荷及其電場方向。並求此PN 接面的內建電位 （built-in potential）大小。（20 分）

請畫出pn 同質接面之發光二極體（LED）平衡時與順向偏壓之能帶圖 （10 分），請說明發光區域主要在LED 之何處並說明原因。（10 分）

以短通道（short channel）的金氧半場效電晶體（MOSFET）為例，請 說明短通道長度對臨界電壓的影響。（10 分） 以金氧半場效電晶體為例，請說明次臨界電流（subthreshold current） 的定義。（10 分）

舉出兩種乾式蝕刻（dry etch）法，說明其工作之原理。並說明乾式蝕刻 為何能夠達到具高深寬比的非等向性（anisotropic）蝕刻。（20 分）

請畫出PMOS 場效電晶體結構，並說明如何將此場效電晶體開啟（turn on） 與關閉（turn off）。（15 分）

和化學氣相沉積（atomic layer deposition, ALD）技術相比較，請說明 原子層沉積技術的優點與缺點。（10 分） 請解釋電遷移（electromigration）現象，並說明如何改善此現象。（10 分）

為什麼在矽局部氧化形成時，氧化薄膜會向矽基板內生長？請計算其比 例（以未成長時之表面當參考位置）。（15 分）