地特三等申論題 108年 [電子工程] 半導體工程

第一題

📖 題組：
請回答下列問題： (一)製作半導體元件時為何須選擇正確的 Si 晶圓結晶面與結晶方向？其對元件特性會有什麼影響？請舉例說明。（15 分） (二)當太陽電池所在的環境溫度自 300 K 上升至 400 K 時，此太陽電池輸出的電力會增加或是減少？為什麼？（10 分）

📝 此題為申論題，共 2 小題

小題 (一)

製作半導體元件時為何須選擇正確的 Si 晶圓結晶面與結晶方向？其對元件特性會有什麼影響？請舉例說明。（15 分）

看到這題，應直覺聯想到矽晶體的非等向性（Anisotropy）。作答時需從「介面品質（懸浮鍵密度）」、「載子傳輸（有效質量與移動率）」及「製程特性（氧化/蝕刻速率）」三個物理維度切入，並以標準 CMOS 製程選用 (100) 晶面為核心範例進行論述，以展現對固態物理與元件製程的綜合理解。

🤖

AI 詳解

AI 專屬家教

【破題】半導體矽晶體具有高度的非等向性（Anisotropy），不同的結晶面與結晶方向在原子排列密度、能帶結構上皆有顯著差異，從而深刻影響元件的載子傳輸特性、介面品質與製程參數，故須針對元件需求慎選晶向。【論述】一、對介面品質與缺陷的影響（結晶面）

當太陽電池所在的環境溫度自 300 K 上升至 400 K 時，此太陽電池輸出的電力會增加或是減少？為什麼？（10 分）

看到此題，應立即聯想太陽能電池的輸出功率公式 P = Voc × Isc × FF。接著分別探討溫度對短路電流 (Isc) 與開路電壓 (Voc) 的影響，重點推導本質載子濃度 (ni) 如何導致反向飽和電流 (I0) 指數級增加，進而造成 Voc 顯著下降的物理機制。

🤖

AI 詳解

AI 專屬家教

【解題思路】利用太陽能電池輸出功率公式 $P_{max} = I_{sc} \times V_{oc} \times FF$，分析各參數（特別是反向飽和電流與開路電壓）隨溫度的變化機制。【詳解】已知：太陽電池環境溫度由 300 K 上升至 400 K。