電子工程 114 年半導體工程考古題

能帶理論中，那一個參數可作為區分導體、半導體與絕緣體的依據？ （5 分） 該參數以何數值作為區分半導體與絕緣體的界限？（5 分） 請以能帶結構的角度說明導體、半導體與絕緣體之差異。（10 分）

為什麼我們都使用有效電子質量（effective electron mass, me*）分析半 導體晶體的特性，而不是使用一般的電子質量（electron mass, m0）？ （10 分）

在半導體晶格中，載子具有那二種主要的傳輸機制？（4 分） 一個實際的矽p n  接面二極體在順偏導通狀態下，有那些電流成分？ （8 分） 請說明各電流形成之機制。（8 分）

發光二極體（light-emitting diode, LED）、雷射二極體（laser diode）、 光二極體（photodiode）、太陽能電池（solar cell）都是二極體的應用種 類之一，它們的電流－電壓特性（current-voltage characteristic）曲線都 很類似，如圖一所示。請分別說明這四種元件在正常工作模式下，是 位於此電流－電壓特性曲線圖的第幾象限？（20 分） 請說明為什麼蕭特基二極體（Schottky diode）不會展現擴散電容 （diffusion capacitance）效應？（10 分） 圖一 I V forward bias reverse bias

在T 300 K  下，一個n 型矽半導體中，施體濃度為 17 3 10 cm d N   ，本質 載子濃度為 10 3 1.5 10 cm in    。若在t 0  秒時產生 16 3 10 cm的過量載子， 請回答下列問題： 在t 0  秒時，多數載子和少數載子的濃度各為多少？（10 分） 請計算t 0  秒時準費米能階相對於本質費米能階的能量差，並在能帶 圖上標示出來。（10 分）

對於工作在主動模式（active mode）的npn 雙極性接面電晶體（bipolar junctiontransistor，BJT），即射極－基極接面（EBJ）順向偏壓，集極－基 極接面（CBJ）反向偏壓。假設由射極注入至基極的少數載子濃度在EBJ 相鄰的中性基極處為np(0)，而在相鄰CBJ 的中性基極處的少數濃度為 np(WB)。假設基極層的厚度WB，此厚度遠低於電子在基極層的擴散長 度Ln，即WB << Ln，請寫出流經此p 型基極層的電子電流密度方程 式。（10 分） 圖二為共射極電晶體的增益（gain, ）對集極電流（IC）的關係圖。請 說明在低集極電流與高集極電流時，增益都會下降的原因。（10 分） 圖二

請說明為何金氧半場效電晶體（MOSFET）的長通道與短通道元件之 臨界電壓會有所不同。（8 分） 如何從汲/源極設計的角度來抑制短通道效應？並說明此方法可能導 致的副作用。（12 分）

何謂次閾值斜率（subthreshold slope）？請說明它的單位是什麼？（10 分） 在金氧半場效電晶體模型（MOSFET model）有一表面遷移率（surface mobility），它和一般塊晶體（bulk crysral）的遷移率比較，何者的值比 較高？請說明原因。（10 分）

隨著技術節點持續微縮，曝光技術亦不斷演進。請說明自曝光波長 248 nm KrF  以降，至鰭式場效電晶體（FinFET）時代，如何運用各種 不同的曝光技術與圖案化方法來實現更微小的電路圖案。（20 分）

近代矽製程多使用離子布植（ion implantation）技術製作淺接面 （shallow junction），之後再以快速熱退火（rapid thermal annealing, RTA）進行後續處理。請說明使用快速熱退火的原因。（10 分） 一般傳統使用汞燈光源的黃光微影製程技術有接觸（contact）式、近 接（proximity）式兩種，請比較其優缺點。（10 分）