半導體元件物理與能帶理論分析

📝 歷屆考古題

• 114年 高考申論題 第一題
  能帶理論中，那一個參數可作為區分導體、半導體與絕緣體的依據？（5 分）
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• 114年 高考申論題 第一題
  在 t = 0 秒時，多數載子和少數載子的濃度各為多少？（10 分）
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• 114年 高考申論題 第一題
  在半導體晶格中，載子具有那二種主要的傳輸機制？（4 分）
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• 114年 高考申論題 第一題
  請說明為何金氧半場效電晶體（MOSFET）的長通道與短通道元件之臨界電壓會有所不同。（8 分）
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• 114年 高考申論題 第二題
  該參數以何數值作為區分半導體與絕緣體的界限？（5 分）
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• 114年 高考申論題 第二題
  請計算 t = 0 秒時準費米能階相對於本質費米能階的能量差，並在能帶圖上標示出來。（10 分）
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• 114年 高考申論題 第二題
  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）
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• 114年 高考申論題 第二題
  如何從汲/源極設計的角度來抑制短通道效應？並說明此方法可能導致的副作用。（12 分）
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• 114年 高考申論題 第三題
  請以能帶結構的角度說明導體、半導體與絕緣體之差異。（10 分）
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• 114年 高考申論題 第三題
  請說明各電流形成之機制。（8 分）
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• 114年 高考申論題 第五題
  五、隨著技術節點持續微縮，曝光技術亦不斷演進。請說明自曝光波長 λ = 248 nm KrF 以降，至鰭式場效電晶體（FinFET）時代，如何運用各種不同的曝光技術與圖案化方法來實現更微小的電路圖案。…
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• 113年 高考申論題 第一題
  一、請說明在矽晶圓中 N 型半導體的多數載子是什麼？矽晶圓中 N 型摻雜物是那些材料？（10 分）
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• 113年 高考申論題 第一題
  電子與電洞濃度分別為何？（10 分）
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• 113年 高考申論題 第一題
  請輔以數學表示式說明影響半導體「導電率（conductivity）」之因素為何？（10 分）
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• 113年 高考申論題 第二題
  若外加電場為 E=15 V/cm，其漂移電流密度為何？（10 分）
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• 113年 高考申論題 第二題
  二、在 P 型矽晶圓，請舉三種製程說明如何用矽晶圓製作電阻？（20 分）
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• 113年 高考申論題 第二題
  載子傳輸包含漂移（drift）與擴散（diffusion）兩種主要機制。請輔以數學表示式說明影響半導體「電流密度（current density）」之因素為何？（10 分）
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• 113年 高考申論題 第三題
  三、p-n 接面二極體與蕭特基能障（Schottky barrier）二極體均可具有整流（rectification）功效。請輔以數學表示式說明影響上述兩者元件之「逆向飽和電流密度（reverse-s…
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• 113年 高考申論題 第四題
  四、矽半導體 n 通道金屬-氧化物-半導體場效電晶體（MOS-FET）之閘極長度 L = 1.25 μm、電子遷移率 μn = 650 cm²/V-s、臨界電壓 Vth = 0.65 V、閘極氧化層電…
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• 113年 高考申論題 第五題
  五、試就「加熱週期」、「加熱率」、「熱預算」、「製程產能」等四項因素，分別比較傳統爐管熱退火與快速熱退火（RTA）技術之差異？（20 分）
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• 113年 高考申論題 第六題
  六、半導體製程中量測電阻為何須用四點探針，請畫出其量測圖。（20 分）
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• 112年 高考申論題 第一題
  請分別敘述在外質半導體中何謂「完全解離(complete ionization)」及「凍結(freeze-out)」?(10分)
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• 112年 高考申論題 第一題
  請以數學表示式定義 p-n 接面之「內建電位(Vbi, built-in potential)」。(5分)
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• 112年 高考申論題 第一題
  請輔以數學表示式說明影響半導體「漂移電流密度(drift current density)」之因素為何?(5分)
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• 112年 高考申論題 第一題
  若分別以介電層 Ta2O5及SiO2作為電容,且 Ta2O5:SiO2 之厚度比2:1、面積比為3:1,試求其電容比?(5分)
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• 112年 高考申論題 第二題
  請輔以數學表示式說明在半導體中「質量作用定律(mass-action law)」之物理意義。(5分)
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• 112年 高考申論題 第二題
  請繪出 p-n 接面其分別在逆向偏壓、順向偏壓之能帶圖(energy-band diagram),並說明其整流(rectification)特性。(10分)
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• 112年 高考申論題 第二題
  請分別說明影響半導體中載子移動之「晶格散射(lattice scattering)」及「游離雜質散射(ionized impurity scattering)」之物理意義及其溫度效應。(10分)
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• 112年 高考申論題 第二題
  假設以厚度為3t 微米之 Ta2O5作為介電層之電容值為C₁;另以各層厚度均分別為t微米之 SiO2/S3N4/SiO2作為介電疊層之電容值為C2。假設兩者具有相同面積,試計算 C1/C2之比值?(1…
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• 112年 高考申論題 第六題
  六、矽 p-n 接面在 T=300 K 之施體雜質與受體雜質濃度分別為ND=1015 cm-3 及ND=1016 cm³,且未施加電壓;本質載子濃度 n₁=1.5×1010 cm-3。試求空乏區寬度及…
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• 111年 高考申論題 第一題
  請說明半導體材料晶體鑽石結構與閃鋅礦結構之差異，（5 分）閃鋅礦結構與六方晶系結構之異同。（10 分）
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• 111年 高考申論題 第一題
  何謂接觸電阻（contact resistance）？何謂片電阻（sheet resistance）？何謂特徵電阻（specific contact resistance）？並寫出上述三種電阻的單位。
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• 111年 高考申論題 第一題
  畫出此多晶矽閘極金氧半電容在平帶（flat-band）情況下的能帶圖。
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• 111年 高考申論題 第二題
  請說明如何量測這三種電阻？
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• 111年 高考申論題 第二題
  請說明能隙之種類，（2 分）若製作成發光二極體應選那一種能隙？（3 分）為什麼？（5 分）
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• 111年 高考申論題 第二題
  當閘極電壓等於零（VG = 0）時，此多晶矽閘極金氧半電容是處於下列那一種情況？聚積（accumulation）？空乏（depletion）？反轉（inversion）？
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• 111年 高考申論題 第三題
  對於超高效率 III-V 多接面太陽能電池多以磊晶方式成長與製作而成，請問何謂磊晶？（2 分）欲得高品質之磊晶膜首要條件為何？（2 分）於多接面太陽能電池結構中，每個接面間須有何種結構？（2 分）請說…
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• 111年 高考申論題 第三題
  請說明閘氧化層和場氧化層的差異。
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• 111年 高考申論題 第四題
  HEMT 元件是藉由那種方式得到 high electron mobility？（5 分）為何較傳統 MOSFET 更高速？（5 分）
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• 111年 高考申論題 第五題
  請畫出下圖 p、n 接觸之能帶圖，（5 分）請說明接觸後界面附近會發生何種現象？（5 分）此時此元件可否當電池使用，為什麼？（5 分）
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• 111年 高考申論題 第六題
  對於 p + n 二極體，其中 p+ 載子濃度為 NA，n 載子濃度為 ND。請問空乏區（W）主要發生在那一部分？（5 分）請寫出空乏區與載子濃度之關係式。（5 分）此說明可用何種電容量測方式分析載子…
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• 111年 高考申論題 第七題
  請計算面積為 4 μm2 的 MOS 電容對於 10 nm 厚的 SiO2 電介質（介電常數 3.9），當施加電壓為 5 V 時，MOS 上存儲的電荷（10 分）和電子數是多少？（10 分）
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• 110年 高考申論題 第一題
  何謂歐傑複合（Auger recombination）效應？它通常發生於何種狀況？（10 分）
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• 110年 高考申論題 第一題
  在順向偏壓下，請說明兩個電容 C1 和 C2 的來源為何？（10 分）
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• 110年 高考申論題 第一題
  和化學氣相沉積（atomic layer deposition, ALD）技術相比較，請說明原子層沉積技術的優點與缺點。（10 分）
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• 110年 高考申論題 第一題
  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）
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• 110年 高考申論題 第二題
  由 p 型矽（Si）半導體與銅（Cu）形成蕭特基接面（Schottky junction），假如銅的功函數（work function, qφm）為 4.5 eV，矽的電子親和力（electron a…
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• 110年 高考申論題 第二題
  請說明兩個電阻 RS 和 RP 的來源為何？（10 分）
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• 110年 高考申論題 第二題
  請解釋電遷移（electromigration）現象，並說明如何改善此現象。（10 分）
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• 110年 高考申論題 第二題
  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）
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• 109年 高考申論題 第一題
  目前常用半導體有三大結構半導體，分別為鑽石結構，閃鋅礦結構，與六方晶系，請繪出此些結構，並說明其異同。（10分）
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• 109年 高考申論題 第一題
  說明這兩種結構的差異以及這兩種結構中兩個面心立方次晶格在空間的對應關係。
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• 109年 高考申論題 第二題
  In0.53Ga0.47As 合金半導體屬於閃鋅結構。其三種原子銦、鎵、砷在兩個次晶格間如何分布?又 Si0.2Ge0.8屬於鑽石結構。其兩種原子矽、鍺在兩個次晶格間又如何分布?
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• 109年 高考申論題 第二題
  一矽晶棒摻雜砷原子10^16 atoms/cm^3，請分析室溫之電子與電洞載子濃度，並畫出能帶中之費米能階。Note：ni for Si is 9.65 x 10^9 /cm^3。（12分）
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• 109年 高考申論題 第三題
  請寫出p-type半導體中之連續方程式，並說明此些項次受何影響。（10分）
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• 109年 高考申論題 第四題
  如果一半導體存在表面複合，請畫出少數載子從表面至內部之濃度分布圖，並標示出平衡濃度與lifetime相關之資訊。（10分）
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• 109年 高考申論題 第五題
  請說明二極體空間電荷與空乏區之定義。若一二極體具有NA = 10^18 /cm^3，ND = 10^15 /cm^3，請計算其內建電壓。（9分）
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• 109年 高考申論題 第六題
  離子佈植至單晶半導體，垂直植入和傾斜角度植入會有何差異？（10分）
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• 109年 高考申論題 第七題
  何謂磊晶成長？為何需要異質磊晶成長？異質磊晶成長須滿足那些條件？（12分）
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• 109年 高考申論題 第八題
  請說明發光二極體之發光機制，並說明主要發光位於二極體之何處。（10分）
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• 109年 高考申論題 第九題
  兩種不同材料之能帶圖如圖(一)，請畫出異質接面之能帶圖。（5分） (附圖為兩不同材料分離時之能帶圖，真空能階連續，標示有電子親和力 qX1, qX2, 功函數 qPhi_s1, qPhi_s2，及能隙…
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• 109年 高考申論題 第十題
  請畫出一金屬/氧化層/p-type半導體結構如圖(二)之平衡能帶圖，其中金屬電子親和力為qΦm，氧化物厚度d，氧化層電子親和力為qχi，p-type半導體電子親和力為qχ，功函數qΦs，其中qΦm >…
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• 108年 高考申論題 第一題
  對於 n 型矽半導體，它的電子漂移速度（drift velocity）隨著電場增加而線性增加，但在超過某一臨界電場時，此電子漂移速度會趨近飽和值 1×10⁷ cm/s，請說明為什麼在高電場時電子漂移速…
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• 108年 高考申論題 第一題
  製作半導體元件時為何須選擇正確的 Si 晶圓結晶面與結晶方向？其對元件特性會有什麼影響？請舉例說明。（15 分）
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• 108年 高考申論題 第一題
  請計算此蕭特基接面的能障值（barrier height, qφB）與內建電位值（built-in potential, qVbi）。（10 分）
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• 108年 高考申論題 第一題
  (一) 請說明在使用正光阻與負光阻常用的顯影溶液。
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• 108年 高考申論題 第一題
  (一) 請解釋為什麼濕氧化的成長速率大於乾氧化的成長速率？
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• 108年 高考申論題 第二題
  當太陽電池所在的環境溫度自 300 K 上升至 400 K 時，此太陽電池輸出的電力會增加或是減少？為什麼？（10 分）
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• 108年 高考申論題 第二題
  請繪出此蕭特基接面的能帶圖，並指出此蕭特基接面的能障與內建電位的位置處。（10 分）
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• 108年 高考申論題 第二題
  (二) 請繪出以擴散技術與離子佈植技術的摻雜雜質濃度對半導體深度的分布圖。
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• 108年 高考申論題 第二題
  (二) 在一光學微影製程系統，假如透鏡的直徑為 5.0 cm，透鏡至影像的距離為 7.0 cm，若使用的紫外光波長為 350 nm，則此系統的最小線距解析度（line resolution）為何？
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• 108年 高考申論題 第三題
  若此 MOS 電容的基板摻雜量 $N_D$ 減少為 $10^{17} \text{ cm}^{-3}$ 時，其臨界電壓會有何變化？並說明理由。（5 分）
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• 107年 高考申論題 第一題
  試分別指出其為何種晶格結構（crystal structure）？（5 分）
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• 107年 高考申論題 第一題
  請說明「載子遷移率（carrier mobility, μ）」之物理意義？（10 分）
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• 107年 高考申論題 第二題
  請說明兩者之能帶圖結構各為直接能隙（direct bandgap）或間接能隙（indirect bandgap）？（10 分）
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• 107年 高考申論題 第二題
  請寫出 μ 之物理單位？（5 分）
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• 107年 高考申論題 第二題
  砷化鎵（GaAs）於溫度 T = 300 K 時，其能隙（bandgap） Eg = 1.42 eV、本質載子濃度（intrinsic carrier concentration） ni,300K =…
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• 107年 高考申論題 第四題
  假設在矽（Si）半導體中，其電子濃度依位置 x 變化之分布函數可表示為 n(x) = 10^15 e^(-x/Ln) cm^-3 (x >= 0)，電子之擴散長度（diffusion length）…
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• 107年 高考申論題 第五題
  請說明 p-n 接面因外加逆向偏壓、導致接面崩潰（junction breakdown）時，常見之兩種物理機制？（10 分）
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• 107年 高考申論題 第六題
  請分別說明：短通道效應（short-channel effect）及窄通道效應（narrow-channel effect），對於金屬-氧化物-半導體場效電晶體（MOSFET）臨界電壓（thresho…
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• 107年 高考申論題 第八題
  假設以氟原子（F）進行矽（Si）或二氧化矽（SiO2）的蝕刻時，其蝕刻率可表示為： 蝕刻率（nm/min）= A * nF * T^0.5 * exp(-Ea / RT) 其中，氣體常數 R = 1.…
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• 106年 高考申論題 第一題
  一、請說明影響半導體移動率（Mobility）的兩種主要機制，並說明這兩種機制對半導體的溫度效應。（10 分）
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• 106年 高考申論題 第一題
  空乏型場效電晶體（Depletion-Type Field-Effect Transistor），
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• 106年 高考申論題 第二題
  二、二極體（Diode）的理想順偏電流對電壓（I-V）特性為下圖中的曲線(a)。若有兩顆二極體分別具有下圖中順偏電流對電壓曲線(b)和(c)，請說明這兩顆二極體分別具有什麼特性？（10 分）
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• 106年 高考申論題 第二題
  加強型場效電晶體（Enhancement-Type Field-Effect Transistor），
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• 106年 高考申論題 第三題
  高電子遷移率場效電晶體（High-Electron-Mobility Transistor, HEMT）。（15 分）
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• 106年 高考申論題 第六題
  六、對於金屬-氧化層-半導體的場效電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）而言，何謂「氧化層充電（Oxide Charging）」？…
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• 106年 高考申論題 第七題
  七、什麼是準費米能階（Quasi-Fermi Level）？它和費米能階（Fermi Level）有什麼不同？（10 分）
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• 106年 高考申論題 第八題
  八、在積體電路製造技術中，採用的絕緣技術有局部氧化（Local Oxidation of Silicon, LOCOS）和淺溝槽絕緣（Shallow Trench Isolation, STI），請分…
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• 105年 高考申論題 第一題
  求電位差ΔV (=V(L) -V(0))、電場強度分布 E(x)與以n₀ 、L與ΔV 為參數表示之電子濃度分布n(x)。（10 分）
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• 105年 高考申論題 第一題
  若汲極飽和電壓與飽和電流分別為2.5 V與5 mA，請繪出汲極電壓範圍0≤Vds ≤ 5V之輸出特性曲線並求對應此曲線之閘極電壓Vgs。（10 分）
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• 105年 高考申論題 第一題
  請繪出此兩個元件於照光（光能量>矽能隙寬度）前與後的 I-V 特性曲線。（10 分）
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• 105年 高考申論題 第一題
  請繪出蝕刻深度為 0.707 μm 時所得蝕刻圖形的剖面圖（須標示蝕刻圖形之尺寸、蝕刻面及角度）。（15 分）
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• 105年 高考申論題 第二題
  若將此 n 型半導體右端接地，左端外接一電壓源V_A (= ΔV)，請繪出此 n 型半導體之能帶圖並求淨電子電流密度分布J_n(x)，已知電子移動率（mobility）為μ_n。（15 分）
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• 105年 高考申論題 第二題
  求於Vds =Vgs = 4.5V 偏壓下之汲極電流 I_ds 以及於源極端與汲極端之單位面積反轉層電荷量。（10 分）
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• 105年 高考申論題 第二題
  比較兩個元件於照光下的 I-V 曲線，說明其不同處及造成兩者差異之原因。（10 分）
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• 105年 高考申論題 第二題
  請說明何以得到此種蝕刻圖案之原因。（5 分）
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