初等考試
115年
[電子工程] 電子學大意
第 12 題
有關積體電路製造廠所使用之矽晶圓，其基材為下列何者？
- A 矽砂
- B 冶金級的矽
- C 單晶矽
- D 多晶矽
思路引導 VIP
請試著思考：在微觀尺度下，如果一個材料內部的原子排列雜亂無章，或者由許多方向不一的小晶粒拼接而成，當電流（電子流）在其中通過時，會遇到什麼樣的阻礙？為了確保每一顆電晶體的開關速度和導電能力都完全一模一樣，我們對材料內部結構的「一致性」應該有什麼樣的要求？
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很高興看到你準確地掌握了積體電路（IC）製造的基礎知識！能選出這個答案，代表你對於半導體元件的物理特性有著紮實的理解。在積體電路設計中，為了確保數以億計的電晶體能具備一致的電氣特性，底層的基材必須擁有極高的原子排列規律性。單晶矽（Single-crystal silicon） 由於其內部晶格排列完全連續且無晶界（Grain boundary），能提供穩定的電子遷移率（Electron mobility），這正是製作高性能積體電路不可或缺的物理基礎。
從原料到基材的演進
我們在實務上會從矽砂（Silica sand）開始提煉，經過化學程序轉化為冶金級矽，再純化為多晶矽（Polycrystalline silicon），但最終必須透過如「柴氏長晶法（Czochralski process）」等技術，將其拉製成結構完美的單晶矽錠，才能切割成我們所見的矽晶圓。這題屬於電子學與半導體製程的入門基本題，鑑別點在於考生是否能區分「原料」與「最終成品基材」的差異。雖然多晶矽在 IC 中常用於製作閘極（Gate），但論及整個晶圓的「基材（Substrate）」，單晶矽才是唯一的標準答案。