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)在 MOS 元件中，其氧化層內或氧化層與 Si 的介面處通常都會存在某些缺陷電荷（defect charge），例如氧化陷阱電荷（oxide trapped charge）、可移動離子電荷（mobile ion charge）、固定電荷（fixed charge）或介面陷阱電荷（interface trapped charge）等。試說明上述缺陷電荷之由來，並畫一金氧半（metal/SiO2/Si）的結構圖，標出上述四種缺陷電荷所在的位置。（15 分） (二)設有 NMOS 元件與 PMOS 元件各一個，它們的閘極氧化層（gate oxide）中同樣都存在有 $10^{11} \text{ cm}^{-2}$ 的可移動離子電荷，現將此兩元件同置放在高溫中啟動（turned on）數個小時，試問那一個元件的臨界電壓受影響會較大？並說明理由。（10 分）
請回答下列問題： (一)在 MOS 元件中，其氧化層內或氧化層與 Si 的介面處通常都會存在某些缺陷電荷（defect charge），例如氧化陷阱電荷（oxide trapped charge）、可移動離子電荷（mobile ion charge）、固定電荷（fixed charge）或介面陷阱電荷（interface trapped charge）等。試說明上述缺陷電荷之由來，並畫一金氧半（metal/SiO2/Si）的結構圖，標出上述四種缺陷電荷所在的位置。（15 分） (二)設有 NMOS 元件與 PMOS 元件各一個，它們的閘極氧化層（gate oxide）中同樣都存在有 $10^{11} \text{ cm}^{-2}$ 的可移動離子電荷，現將此兩元件同置放在高溫中啟動（turned on）數個小時，試問那一個元件的臨界電壓受影響會較大？並說明理由。（10 分）
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
在 MOS 元件中，其氧化層內或氧化層與 Si 的介面處通常都會存在某些缺陷電荷（defect charge），例如氧化陷阱電荷（oxide trapped charge）、可移動離子電荷（mobile ion charge）、固定電荷（fixed charge）或介面陷阱電荷（interface trapped charge）等。試說明上述缺陷電荷之由來，並畫一金氧半（metal/SiO2/Si）的結構圖，標出上述四種缺陷電荷所在的位置。（15 分）
思路引導 VIP
本題測驗 MOS 結構中非理想氧化層電荷的基本概念。解題時應將重點分為兩部分：一是精確敘述四種電荷的物理成因（如懸浮鍵、污染、未完全氧化、熱載子注入），二是透過精確的剖面圖標定其位置，特別注意固定電荷與介面陷阱電荷在位置分佈上的微小差異（前者在氧化層內靠近介面處，後者正位於介面上）。
小題 (二)
設有 NMOS 元件與 PMOS 元件各一個，它們的閘極氧化層（gate oxide）中同樣都存在有 $10^{11} \text{ cm}^{-2}$ 的可移動離子電荷，現將此兩元件同置放在高溫中啟動（turned on）數個小時，試問那一個元件的臨界電壓受影響會較大？並說明理由。（10 分）
思路引導 VIP
本題測驗「偏壓溫度應力（BTS）」對元件電性的影響。解題時首先確認可移動離子（如 Na+）通常帶正電荷；接著分析 NMOS 與 PMOS 啟動時的閘極偏壓極性（NMOS為正偏壓、PMOS為負偏壓）與電場方向；最後利用平坦帶電壓偏移公式，說明電荷越靠近氧化層/矽介面時，對臨界電壓 $V_T$ 的影響權重越大。