高考申論題
108年
[材料工程] 材料科學導論
第 一 題
📝 此題為申論題,共 4 小題
小題 (一)
當B 加入 Si 中進行摻雜反應後,在原主體材料中是否會產生新的電子或電洞之點缺陷,請說明其理由。(5分)
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看到半導體摻雜題,先確認主體原子(Si)與摻雜原子(B)在週期表上的『族數與價電子數』差異。接著運用共價鍵模型判斷是多出電子還是缺少電子,最後連結至能帶理論(受體/施體能階)與半導體類型(p-type/n-type)。
小題 (二)
當 ZnO 加入Al2O3 中進行摻雜反應後,在原主體材料中是否會產生新的電子或電洞之點缺陷,請說明其理由。(5分)
思路引導 VIP
遇到「摻雜、點缺陷、電荷補償」的題型,首先應利用 Kröger-Vink 符號寫出缺陷反應式,分析摻雜質與主體離子的價數差異。接著,務必結合主體材料(Al2O3)的能帶結構(寬能隙絕緣體)來判斷系統傾向於「離子補償」(產生空位或填隙離子)還是「電子補償」(產生電子或電洞)。
小題 (三)
請寫出一般缺陷數量與溫度的關係式。(4分)
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看到「缺陷數量與溫度」,應立即聯想到熱力學平衡下產生的「空位(Vacancy)」。寫出呈現 Arrhenius 形式的指數關係式後,務必精確列出每個符號的物理意義與單位(如絕對溫度 K、活化能等),這是國考拿滿分的關鍵。
小題 (四)
請提出三種減少缺陷的方法。(6分)
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看到「減少缺陷」,應先將微觀缺陷分類(點缺陷、線缺陷/差排、體積缺陷/孔隙)。接著從「熱處理」與「製程控制」的角度切入,舉出針對不同缺陷的對應工程方法,並以「結構決定性質」的邏輯簡述其原子擴散或塑性變形機制,以確保拿到完整的分數。