地特三等申論題
111年
[電子工程] 半導體工程
第 一 題
📖 題組：
三、(一)對一 npn 雙極性接面電晶體（Bipolar Junction Transistor, BJT），若基極濃度由射極-基極接面（emitter-base junction）朝向基極-集極接面（base-collector junction）逐漸減少的結構，請說明這樣可以提供什麼優點？（10 分）
(二)對一 npn 雙極性接面電晶體，通常電流增益（β）是一常數，但是它在低集極電流（IC）與高集極電流區域都會呈現減少的趨勢。請說明為什麼會減少的原因？（10 分）
三、(一)對一 npn 雙極性接面電晶體（Bipolar Junction Transistor, BJT），若基極濃度由射極-基極接面（emitter-base junction）朝向基極-集極接面（base-collector junction）逐漸減少的結構，請說明這樣可以提供什麼優點？（10 分）
(二)對一 npn 雙極性接面電晶體，通常電流增益（β）是一常數，但是它在低集極電流（IC）與高集極電流區域都會呈現減少的趨勢。請說明為什麼會減少的原因？（10 分）
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
對一 npn 雙極性接面電晶體（Bipolar Junction Transistor, BJT），若基極濃度由射極-基極接面（emitter-base junction）朝向基極-集極接面（base-collector junction）逐漸減少的結構，請說明這樣可以提供什麼優點？
思路引導 VIP
看到基極摻雜濃度呈梯度變化，應立刻聯想到「緩變基極（Graded Base）」結構。利用能帶圖與載子濃度梯度的觀念，推導出濃度不均會產生「內建電場」。將此電場作用於少數載子上，即可延伸出加速傳輸、縮短過渡時間、提升高頻響應與減少復合（增加電流增益）等核心優點。
小題 (二)
對一 npn 雙極性接面電晶體，通常電流增益（β）是一常數，但是它在低集極電流（IC）與高集極電流區域都會呈現減少的趨勢。請說明為什麼會減少的原因？
思路引導 VIP
本題測驗 BJT 的非理想特性 (Non-ideal effects)。看到電流增益 β 隨電流大小改變，應立即回憶 β = Ic/Ib 的定義。低電流區要想到「射極-基極空乏區複合電流（n=2）」主導 Ib 導致增益下降；高電流區則必須提出「高階注入效應 (High-level injection)」與「Kirk效應 (Base push-out)」，這兩者會降低射極注入效率與基極傳輸因數。
BJT 緩變基極優點
💡 濃度梯度建立內建電場，加速載子以提升元件速度與電流增益。
🔗 緩變基極性能優化因果鏈
- 1 摻雜梯度 — 基極濃度由 EB 向 BC 遞減
- 2 建立電場 — 多數載子擴散產生內建加速電場
- 3 漂移加速 — 少數載子穿越機制增加漂移分量
- 4 時間縮短 — 基極過渡時間 τB 大幅減少
- 5 效能躍升 — 截止頻率 fT 與增益 β 同步提升
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🔄 延伸學習：延伸學習：此原理也是異質接面電晶體 (HBT) 能在 GHz 頻段運作的關鍵。
