高考申論題 110年 [電子工程] 半導體工程

第一題

📖 題組：
四、(一)以短通道（short channel）的金氧半場效電晶體（MOSFET）為例，請說明短通道長度對臨界電壓的影響。（10 分） (二)以金氧半場效電晶體為例，請說明次臨界電流（subthreshold current）的定義。（10 分）

📝 此題為申論題，共 2 小題

小題 (一)

以短通道（short channel）的金氧半場效電晶體（MOSFET）為例，請說明短通道長度對臨界電壓的影響。（10 分）

這題考的是「短通道效應」(Short Channel Effects, SCE)。核心概念是「電荷共享」(Charge Sharing)。當通道變短時，源極和汲極的空乏區會分擔一部分閘極下方的電荷負擔。順著這個邏輯，去推論對臨界電壓 $V_{th}$ 的影響方向（增加還是減少）。

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【考點分析】短通道效應（SCE）、臨界電壓衰減（$V_{th}$ Roll-off）、電荷共享模型。【理論/法規依據】

以金氧半場效電晶體為例，請說明次臨界電流（subthreshold current）的定義。（10 分）

許多學生誤以為 $V_{GS} < V_{th}$ 時電流為零。這題要求導正這個觀念。次臨界電流發生在「弱反轉」區。思考重點：此時的電流來源不是漂移（Drift）而是擴散（Diffusion），且電流隨 $V_{GS}$ 呈指數型變化。

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【考點分析】次臨界區域（Subthreshold region）、弱反轉（Weak inversion）、擴散電流。【理論/法規依據】