高考申論題 114年 [電子工程] 半導體工程

第一題

📖 題組：
二、(一)在半導體晶格中，載子具有那二種主要的傳輸機制？（4 分） (二)一個實際的矽 p-n 接面二極體在順偏導通狀態下，有那些電流成分？（8 分） (三)請說明各電流形成之機制。（8 分）

📝 此題為申論題，共 3 小題

小題 (一)

在半導體晶格中，載子具有那二種主要的傳輸機制？（4 分）

看到「載子傳輸機制」，應立即聯想到半導體總電流密度方程式。載子運動的兩大物理驅動力分別為「外加電場」與「濃度梯度」，由此即可精確點出漂移（Drift）與擴散（Diffusion）兩種核心機制。

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在半導體晶格中，載子主要具有以下兩種傳輸機制：

漂移傳輸 (Drift transport)：指載子受到「外加電場 (Electric field)」作用而產生的定向運動。在電場驅動下，電子與電洞會分別往反方向加速，直到與晶格碰撞散射達到平均的漂移速度。其電流密度大小與載子濃度、載子移動率 (Mobility, $\mu$) 及電場強度成正比（例如電子漂移電流密度 $J_{n,drift} = qn\mu_nE$）。

一個實際的矽 p-n 接面二極體在順偏導通狀態下，有那些電流成分？（8 分）

看到「實際」二字是解題關鍵，絕不能只答理想二極體的擴散電流。考生應立刻聯想到空乏區內的產生-復合（Generation-Recombination）機制，寫出順偏狀態下的兩大核心電流：準中性區的「擴散電流」與空乏區的「復合電流」，並可適度補充高注入效應或表面漏電流以獲取高分。

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【破題】一個實際的矽 p-n 接面二極體在順偏導通狀態下，其總電流並非僅由理想方程式描述，主要包含兩大核心電流成分，以及極端條件下的次要效應。【論述】

請說明各電流形成之機制。（8 分）

看到本題，應先回想上一題指出的兩種實際電流成分：擴散電流與復合電流。作答時需緊扣「載子如何運動（注入與擴散）」以及「載子如何消失（空乏區內陷阱復合）」，並加上對應的驅動力（位障降低、濃度梯度）來完整闡述物理機制。

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【破題】實際矽 p-n 接面二極體在順偏導通狀態下，主要包含「理想擴散電流」與「空乏區復合電流」兩種成分，其形成之物理機制分別如下：【論述】