高考申論題
114年
[電子工程] 半導體工程
第 一 題
📝 此題為申論題，共 2 小題
小題 (一)
(一)何謂次閾值斜率（subthreshold slope）？請說明它的單位是什麼？（10 分）
思路引導 VIP
本題測驗 MOSFET 次閾值區特性的核心指標。要解釋「次閾值斜率」（或稱次閾值擺幅 Subthreshold Swing, SS）的定義：在 MOSFET 閘極電壓低於閾值電壓（次閾值區）時，汲極電流呈現指數變化。SS 定義為使得汲極電流變化一個數量級（即 10 倍）所需的閘極電壓變化量。其單位應明確指出為 mV/decade 或 V/decade。
小題 (二)
(二)在金氧半場效電晶體模型（MOSFET model）有一表面遷移率（surface mobility），它和一般塊晶體（bulk crysral）的遷移率比較，何者的值比較高？請說明原因。（10 分）
思路引導 VIP
考查 MOSFET 反轉層載子遷移率與內部塊材遷移率的差異。首先給出答案：一般塊晶體的遷移率較高。接著解釋原因：塊材內部的散射機制主要有晶格聲子散射（phonon scattering）與離子化雜質散射（ionized impurity scattering）。而在 MOSFET 的表面（Si-SiO2 界面），載子被限制在極薄的反轉層內移動，除了上述兩種散射外，還會受到「表面粗糙度散射（Surface Roughness Scattering）」的嚴重影響。由於界面物理上不平整，載子碰撞界面頻率高，導致有效遷移率大幅下降。