電子工程 111 年電子元件考古題

考慮半導體中電場對電子傳導的影響。（每小題10 分，共20 分） 請說明漂移速度（drift velocity）、飽和速度（saturation velocity）、與位 移率（mobility）。 就直接能隙半導體例如GaAs、InP 與間接能隙半導體例如Si，分別說 明從低電場到高電場，電子漂移速度如何隨電場變化。

考慮一個金屬/n-型半導體蕭基接面（Schottky contact）： （每小題10 分，共20 分） 就理想的上述金屬/n-型半導體蕭基接面，說明其蕭基位障（Schottky barrier）是由那些物理參數決定？若要形成具有整流特性蕭基接面的 條件為何？ 舉出兩種量測蕭基位障的方法並說明之。

半導體PN 接面的崩潰（breakdown）有兩種機制分別為累增崩潰 （Avalanche breakdown）與曾納崩潰（Zener breakdown）。分別說明這兩 種崩潰的物理機制，並由其機制說明崩潰電壓與溫度的關係。（20 分）

考慮一個由同一種半導體所構成的P+N 接面。（每小題10 分，共20 分） 說明P+N 接面空乏區（depletion region）、內建電位（built-in potential） 形成的物理原因，並指出空乏區電場的指向。 以擴散電流理論（diffusion current theory）考慮接面在順偏之下的主要 電流流動過程。請問主要電流為何種電流？說明其流經空乏區、進入 中性區後的物理過程。

考慮一個由金屬、氧化物、矽構成的MOS 電容系統。金屬的工作函數 為4.1 eV。氧化物的能隙為8 eV，親和力（affinity）為0.75 eV，厚度為 4 nm，介電係數為3.8。矽的能隙為1.1 eV，親和力為4.15 eV，介電係 數為11.8。若矽經摻雜的電洞濃度為1 × 1017/cm3，矽在300 K 的 NC = 2.8 × 1019/cm3，NV = 1.04 × 1019/cm3。波茲曼常數為8.62 × 10-5 eV/K。 （每小題10 分，共20 分） 畫出此金屬、氧化物、矽MOS 系統的平能帶圖（flat band diagram）。 並求此MOS 系統的平能帶電壓VFB（flat-band voltage）。 求氧化物電容的值，以F/cm2為單位。真空介電係數ɛ0 = 8.854 × 10-14 F/cm。 單位電荷q = 1.6 × 10-19 C，若在氧化物與矽的介面出現一層面濃度為 4 × 1011/cm2 的正電荷，請問平能帶電壓的變化會如何？