電子工程 114 年電子元件考古題

在一半導體中只考慮電子的漂移電流密度以及電洞的擴散電流密度，且 此兩者之總和為一常數。假設電子濃度為 16 2 10  /立方公分，電洞濃度為 15 10 x L e /立方公分，對於所有 0 x  ，其中L 為0.0015 公分。已知電洞的 擴散係數為15 平方公分/秒，電子的移動率為1500 平方公分/伏特-秒。 總電流密度是9.6 安培/平方公分。寫出：（每小題10 分，共20 分） 電洞擴散電流密度 電場的表示式

在熱平衡下的同一半導體之單邊陡峭p+–n 接面，若受體濃度遠大於施 體濃度， 繪出其空間電荷分布圖，於圖上標示空乏區，並寫出空乏區公式。（7 分） 繪出其電場分布圖，於圖上標示最大電場，寫出最大電場計算式。（7 分） 以中性p 區的零電位作為參考點（在距離x = 0 的電位為零）繪出其電 位分布圖，於圖上標示內建電位，寫出電位隨x 變化之式子。（6 分）

對於在高垂直電場下的金屬–絕緣體–半導體結構，反轉層電子的運動 在垂直於半導體表面的方向受到侷限，形成二維電子氣（2DEG）。 （每小題10 分，共20 分） 從古典以及量子力學觀點畫出電子濃度從絕緣體–半導體界面深入 半導體基底的分布圖，並說明之。 詳述此量子侷限效應對於金屬氧化物半導體場效應電晶體（MOSFET） 臨界電壓之影響。

雙極性接面電晶體（BJT）依據集極–基極接面（當成x 軸）與射極–基極 接面（當成y 軸）的電壓極性，可以分為四種操作模式，分別是⑴飽和 （Saturation）、⑵順向主動（Active）、⑶截止（Cutoff）、以及⑷反轉主 動（Inverted）模式。以pnp 雙極性接面電晶體為例，在x–y 平面上，以 四種象限，寫出上述四種操作模式下的接面極性，畫出基極區少數載子 分布圖，並說明之。（20 分）

說明短通道效應對於金屬氧化物半導體場效應電晶體的⑴導通電流 （Ion）；⑵截止電流（Ioff）；⑶臨界電壓（VT）；⑷次臨界擺幅（SS）；以 及⑸汲極導致位障下降（DIBL）之影響。（20 分）