電子工程 111 年半導體工程考古題

何謂接觸電阻（contact resistance）？何謂片電阻（sheet resistance）？ 何謂特徵電阻（specific contact resistance）？並寫出上述三種電阻的單位。 （20 分） 請說明如何量測這三種電阻？（10 分）

砷化鎵的晶體結構為何？（3 分） 砷化鎵單位晶格中各有幾個砷原子和鎵原子？（4 分） 已知砷化鎵的密度是5.33 g/cm3，鎵和砷的原子量分別為69.72 和 74.92，請計算砷化鎵的晶格常數。（8 分）

請說明半導體材料晶體鑽石結構與閃鋅礦結構之差異，（5 分）閃鋅礦結 構與六方晶系結構之異同。（10 分）

對一長度為L 且此長度兩端施加偏壓V 的n 型半導體，假設電子的擴散 長度為Ln，電子的擴散係數為Dn，電子的遷移率（mobility）為μn，電 子濃度為n，電子電荷為q。假設沿長度L 方向為x 軸方向，且電子速 度達到飽和值v。請寫出此半導體的漂移（drift）電流密度與擴散 （diffusion）電流密度方程式？（20 分）

如圖使用厚度t = 500 μm、寬度w = 800 μm 的矽材料長方體進行霍爾效 應（Hall effect）量測，通過的電流I = 1.6 mA，施加磁場B = 2 Tesla， 此時量得的霍爾電壓VH = −2.5 mV。 請計算半導體的主要導電載子濃度。（10 分） 若材料的電阻率是0.52 Ω-cm，請計算載子的遷移率值。（10 分）

請說明能隙之種類，（2 分）若製作成發光二極體應選那一種能隙？（3 分） 為什麼？（5 分）

對一npn 雙極性接面電晶體（Bipolar Junction Transistor, BJT），若基 極濃度由射極-基極接面（emitter-base junction）朝向基極-集極接面 （base-collectorjunction）逐漸減少的結構，請說明這樣可以提供什麼優點？ （10 分） 對一npn 雙極性接面電晶體，通常電流增益（）是一常數，但是它在 低集極電流（IC）與高集極電流區域都會呈現減少的趨勢。請說明為 什麼會減少的原因？（10 分）

請說明薄膜電晶體（TFT）的元件結構。（5 分） 請說明複晶矽薄膜電晶體的載子遷移率較低的原因及如何改善？ （10 分）

對於超高效率III-V 多接面太陽能電池多以磊晶方式成長與製作而成， 請問何謂磊晶？（2 分）欲得高品質之磊晶膜首要條件為何？（2 分）於 多接面太陽能電池結構中，每個接面間須有何種結構？（2 分）請說明 其功能。（4 分）

考慮一多晶矽閘極金氧半電容（polysilicon-gate MOS capacitor），在高摻 雜的閘極，其EF- EC = 0.2 eV；在一般摻雜的矽基板，其EC - EF= 0.2 eV。 假設此結構理想化， 畫出此多晶矽閘極金氧半電容在平帶（flat-band）情況下的能帶圖。（10 分） 當閘極電壓等於零（VG = 0）時，此多晶矽閘極金氧半電容是處於下 列那一種情況？聚積（accumulation）？空乏（depletion）？反轉 （inversion）？（10 分） 請說明閘氧化層和場氧化層的差異。（10 分）

請繪出使用p 型井（p-well）CMOS（complementary MOS）反相器的 橫截面圖。（10 分） 請說明CMOS 的閂鎖（latch-up）效應。（10 分） VH W B t + - I

HEMT 元件是藉由那種方式得到high electron mobility？（5 分）為何較 傳統MOSFET 更高速？（5 分）

金屬（功函數φm）與n 型半導體（摻雜濃度ND、功函數φS、電子親和 力χS）結合形成金屬-半導體接面（φm > φS）。半導體具有導帶底部能量 EC、價帶頂部能量EV、費米能量EF，其空乏區寬度為W。 請繪出熱平衡下金屬-半導體接面的能帶結構圖，並標示φm、φS、χS 位 置。（5 分） 請繪出熱平衡下金屬-半導體接面的電荷分布與電場分布。（6 分） 請寫出接面屏障高度（φBn）和內建電位（Vbi）的表示式，並在能帶結 構圖中標示其位置。（5 分） 請繪出施加正偏壓VF 時金屬-半導體接面的能帶結構圖。（4 分）

請畫出下圖p、n 接觸之能帶圖，（5 分）請說明接觸後界面附近會發生 何種現象？（5 分）此時此元件可否當電池使用，為什麼？（5 分）

熱分解反應常用來製作複晶矽，請寫出其化學反應式。（5 分） 相較於複晶矽閘極電極，以鋁作為MOS 閘極電極的穩定性較差， 請說明其原因。（5 分）

對於p + n 二極體，其中p + 載子濃度為NA，n 載子濃度為ND。請問空 乏區（W）主要發生在那一部分？（5 分）請寫出空乏區與載子濃度之關 係式。（5 分）此說明可用何種電容量測方式分析載子濃度與p + n 二極 體相關之元件的那種特性？（10 分）

請計算面積為4 μm2 的MOS 電容對於10 nm 厚的SiO2 電介質（介電常 數3.9），當施加電壓為5 V 時，MOS 上存儲的電荷（10 分）和電子數 是多少？（10 分）