電子工程 95 年半導體工程考古題

如圖一左，在矽基板上蝕刻出一條1µm 寬之凹槽（groove）後，另覆蓋一層Si3N4 於此矽表面上作為氧化遮罩（oxidation mask），並將此樣品送入蒸氣室作1100 C ° 的氧化。問： 當此凹槽完全為氧化物所填滿後，如圖一右所示，SiO2 之寬度（即x）變成多少？ （設生成1µm 的SiO2 會消耗0.46µm 的Si）（10 分） 雖然Si3N4 是一種很好的氧化遮罩材料，但在很高溫的蒸氣環境，它仍會氧化形 成SiO2。若因為Si3N4 的氧化，導致0.1µm 厚的SiO2 生成，試問Si3N4 會消耗多 少厚度？（設Si3N4 包含1.48×1022 分子/cm3，而SiO2 包含2.3×1022 分子/cm3） （10 分）

請說明積體電路（IC）製程中“ 60 奈米＂製程代表何種意義？是指何種元件之那一 部分之尺寸？（10 分）

簡答題： 在設計雙載子電晶體（BJT）時，為何集極（collector）之攙雜濃度不似基極（base） 那麼高？（7 分） 在BJT 中為何基極的寬度都作得很窄？（6 分） 若增加射極（emitter）之能隙使之較基極為大，則此BJT 之特性與傳統結構相較 孰優孰劣？為什麼？（7 分）

無塵室潔淨度之定義class 100 代表何種意義？（10 分）

設金屬之功函數為ΦM，半導體之功函數為ΦS，試繪出熱平衡時下列四種金屬／半 導體接面（M–S Contact）之能帶圖，並指出何者為蕭特基歐姆接觸（Schottky Ohmic Contact）？何者為蕭特基整流接觸（Schottky Rectifying Contact）？（20 分） 半導體為n 型Si，且ΦM＞ΦS 半導體為n 型Si，且ΦM＜ΦS 半導體為p 型Si，且ΦM＞ΦS 半導體為p 型Si，且ΦM＜ΦS Si3N4 1 µm Si 氧化後 圖一 SiO2 x µm Si 95 年特種考試地方政府公務人員考試試題 代號： 類 科： 電子工程 全一張 （背面） 33480

一個發光二極體其材料特性如圖一，此元件電－光轉換效率為 4 n1n2(1-cosθc)/(n1+n2)2， 其中n1 為空氣折射係數，n2 為半導體折射係數，θc 為臨界角，求Al0.3Ga0.7As 發光 二極體操作在0.898 µm 之效率。（20 分） 圖一 發光二極體材料特性

有一P+N 接面如圖二所示（Eg 為1.1ev，εs＝11.7ε0，而ε0＝8.854×10 －14 F/cm）， 試問： 作用於此元件之電壓為何？（6 分） 對應於此元件之電容為多少nF/cm2？（7 分） 若n 型區攙雜濃度為1017 cm-3，則其空乏區邊緣（at the edge of the depletion region）之少數載子濃度為何（設ni＝1010 cm-3）？（7 分）

請計算IC 晶粒中訊號線之電阻 若電阻材料為鋁，其電阻率3 µΩ · cm，其尺寸為 寬：3 µm，厚度：1 µm，長度：500 µm。（10 分） 若電阻材料為銅，其電阻率2 µΩ · cm，其尺寸為 寬：0.3 µm，厚度：0.5 µm，長度：1 mm。（10 分） 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 GaAs 0.5 1.0 AlAs Mole fraction AlAs, x （a） Mole fraction AlAs, x （b） 0 0.5 1.0 GaAs AlAs 3.6 3.5 3.4 3.3 3.2 3.1 3.0 hv=1.38 T=297K Eg=3.018 Eg=1.9 Eg=1.424 Direct band Indirect band 2.168 A1xGa1-xAs T=297K Bandgap Eg（eV） Refractive index n 2.9 95 年公務人員高等考試三級考試試題 類 科： 電子工程 全一張 （背面）

有一n+pn Si BJT，如圖三，其射極和集極區都甚長，面積為A＝10 －6 cm2。且相關 參數如下： 此BJT 為均勻攙雜，且各區之雜質濃度為NE＝1019cm-3，NB＝1017cm-3， NC＝1015cm-3。 少數載子之擴散係數如下：DE＝2 cm2/s，DB＝20 cm2/s，DC＝12 cm2/s。 少數載子之生命期τE＝10 －7s，τB＝τC＝10 －6s。 若此BJT 以VBE＝0.6V，VCB＝1V 的條件操作於活性區（active region）且WB＝0.6 µm。 試問： 在各空乏區邊緣（即圖三所標示之A，B，C，D 等位置）之多出少數載子濃度 （excess minority-carrier concentration）為何？（7 分） 集極電流（IC）為何？（6 分） 計算Early voltage（VA）為何？（7 分） 0.1375eV EFp 0.3µm 圖二 EV EFn 0.1375eV 0.275eV EC n+ p n A B C D 圖三

於室溫時，一個理想二極體有一短路電流3 安培（Amp），開路電壓0.6伏特（Volt）； 計算並繪出以電壓為函數之輸出功率圖。（10 分） 計算填滿因子（Fill Factor）。（10 分） 六、若一光阻塗佈於晶圓上，其圖案如圖二，請於試卷上繪出濕蝕刻，電漿蝕刻， 以電鍍製程鍍膜，以熱蒸鍍系統鍍上金屬後，個別之表面圖案為何？（20 分） 圖二 光阻塗佈於晶圓上之圖案 晶 圓 光阻