集膚效應(yīng)在微波頻率時(shí)，導(dǎo)體的電流密度將不會(huì)是平均分布于整個(gè)導(dǎo)體內(nèi)部，而是在表面附近有較大的電流密度，在導(dǎo)體中心部分的電流密度是最小的。我們稱(chēng)這種現(xiàn)象為〝集膚效應(yīng)〞?！匆?yàn)殡娏髅芏燃杏诒砻嫣??！?/p>

<<圖一>>高頻時(shí)的導(dǎo)體電流密度分布情形，大致如<<圖一>>所示，由表面向中心處的電流密度逐漸減小。在此引進(jìn)一個(gè)臨界深度δ〈criticaldepth〉的大小，此深度的電流密度大小恰好為表面電流密度大小的1/e倍：

......(1)其中，f為頻率，μ為導(dǎo)磁率〈H/m〉，ρ為電阻率〈mho/m〉。由(1)可知，當(dāng)頻率愈高時(shí)，臨界深度將會(huì)愈小，結(jié)果造成等效阻值上升。因此在高頻時(shí)，電阻大小隨著頻率而變的情形，就必須加以考慮進(jìn)去。IC制作流程

整個(gè)IC制作的流程大概可分為電路設(shè)計(jì)〈ICdesign〉、晶圓加工〈waferfabrication〉、封裝〈packaging〉及測(cè)試〈test〉四大部份，其關(guān)系如下圖所示：

當(dāng)我們決定好對(duì)一個(gè)IC所要求的功能及其工作規(guī)格后，便開(kāi)始著手電路設(shè)計(jì)。電路設(shè)計(jì)的主要目的在產(chǎn)生布局圖〈layout〉，它能定義出晶圓加工制程中所需要的各層圖案〈pattern〉。藉由布局圖，可做成晶圓加工制程中所需要的各道光罩〈maskorreticle〉。接下來(lái)的晶圓加工制程，可以說(shuō)是整個(gè)IC制作流程中最復(fù)雜、資金及技術(shù)最密集的一部份。這個(gè)部份就是要將上一個(gè)設(shè)計(jì)程序所設(shè)計(jì)出來(lái)的電路及電子組件，能在晶圓上加以實(shí)現(xiàn)。而電路上所用到的電子組件〈晶體管、電阻、電容、電感...〉及其間的聯(lián)機(jī)〈interconnection〉，則必須靠各單元制程〈氧化、黃光微影、薄膜沉積、蝕刻、參雜...〉間的反復(fù)配合才能完成。光罩在此的功用在于能定義出各層薄膜的圖案、組件區(qū)域，或組件間的聯(lián)機(jī)情形，以達(dá)所要的電路功能及規(guī)格。所謂的〝晶圓代工〞廠(chǎng)，就是專(zhuān)門(mén)將別家公司所設(shè)計(jì)出的電路，以該公司晶圓加工制造廠(chǎng)〈Fab.〉現(xiàn)有的技術(shù)能力及儀器設(shè)備，完成其晶圓加工制程之意。晶圓加工完后的晶圓，一般會(huì)經(jīng)過(guò)晶圓針測(cè)〈waferprobe〉的過(guò)程，將失敗的晶粒加以標(biāo)記〈inkdot〉。后將晶圓切割成一小片一小片的晶粒，好的晶粒才會(huì)送到構(gòu)裝〈packaging〉廠(chǎng)加以構(gòu)裝。構(gòu)裝的材料一般為陶瓷或塑料，而構(gòu)裝的目地在保護(hù)其內(nèi)的晶粒不會(huì)受到外界的機(jī)械性破壞〈刮痕...〉或免于水氣微塵的滲入。除此以外，它還要提供內(nèi)部晶粒電極和外部電路板相連的管道〈藉由內(nèi)部打線(xiàn)，再用IC外殼的pin和電路板接通〉。隨著IC功能的提升，構(gòu)裝的散熱能力和尺寸大小都是構(gòu)裝技術(shù)必須考量的。構(gòu)裝后的IC為了品質(zhì)的確認(rèn)，會(huì)進(jìn)行測(cè)試〈test〉的步驟。在這里會(huì)進(jìn)行一連串的電氣測(cè)試，如速度、功率消耗...等，唯有符合客戶(hù)需求規(guī)格的IC才能交給客戶(hù)。主動(dòng)被動(dòng)曾在BBS的《electronics》版中看到大家在討論〝什幺叫被動(dòng)組件〞，當(dāng)然元素也有參與其中的討論，不過(guò)大家對(duì)于主動(dòng)及被動(dòng)組件的分別似乎有不同的看法。這個(gè)話(huà)題也曾經(jīng)困擾過(guò)元素，在此元素不討論真正的說(shuō)法為何，只把我從書(shū)上找到的定義條列于下，供大家參考：以下說(shuō)法取自〝電子學(xué)辭典--伊恩?R?辛克萊〈IanR.Sinclair〉著；葛登?巴爾繪圖；陳蔭民、潘大連譯--貓頭鷹--ISBN957-8686-99-4〞。名詞說(shuō)明activecomponent主動(dòng)組件又稱(chēng)主動(dòng)器件〈activedevice〉。一種能增加信號(hào)功率的電路組件。主動(dòng)組件在工作時(shí)需電源，才能有可量功率增益〈powergain〉，這與電壓增益或電流增益不同。passivecomponent被動(dòng)組件不能產(chǎn)生功率增益〈powergain〉的組件〈component〉。諸如電阻器、電容器和線(xiàn)性電感器〈包括變壓器〉都是被動(dòng)的。有電源時(shí)的非線(xiàn)性作用，如在磁放大器〈magneticamplifier〉中，能使組件歸入主動(dòng)組件〈activecomponent〉中。

在〝半導(dǎo)體的故事--李雅明著--新新聞--ISBN957-8306-62-8--p214〞中有提到：在電子學(xué)中，我們一般把真空管、晶體管等，具有控制電壓或電流的能力，可以完成開(kāi)關(guān)或者達(dá)成增益功能的組件稱(chēng)為主動(dòng)組件，而把像電阻器、電容器、電感器等不能做上述功能的組件稱(chēng)為被動(dòng)組件。半導(dǎo)體半導(dǎo)體〈semiconductor〉，顧名思義，是導(dǎo)電力介于金屬等導(dǎo)體和玻璃等非導(dǎo)體間的物質(zhì)。若以導(dǎo)電率來(lái)看，半導(dǎo)體大致位于1e3和1e-10(ohm-cm)-1間〈當(dāng)然這只是概分，這三者之間并沒(méi)有制式的界限存在〉。室溫下鋁的電阻系數(shù)為2.5e-6ohm-cm，而玻璃則幾乎為無(wú)限大。會(huì)有這種現(xiàn)象是因?yàn)槲镔|(zhì)內(nèi)部電子分布在不同的能量范圍〈或稱(chēng)能帶，energyband〉內(nèi)，其中可讓電子自由移動(dòng)的能帶稱(chēng)為導(dǎo)電帶〈conductionband〉，除非導(dǎo)帶內(nèi)有電子可自由活動(dòng)，否則物質(zhì)將無(wú)法經(jīng)由電子來(lái)傳導(dǎo)電流。其它能帶〈價(jià)電帶，valenceband〉的電子必須要克服能量障礙〈指能隙，energybandgap〉，躍升至電導(dǎo)電帶后，方可成為導(dǎo)電電子。例如玻璃，即是因?yàn)檫@能隙太大，使得電子在室溫下無(wú)法跳躍至導(dǎo)電帶自由活動(dòng)，所以是非導(dǎo)體。至于半導(dǎo)體，其能量障礙不是很大，低于非導(dǎo)體，所以在高溫、照光等給予能量的狀況或適量地加入一些可減小能量障礙的元素〈參質(zhì)〉，便可改變其電阻值，成為電的良導(dǎo)體。電子工業(yè)便是利用半導(dǎo)體這種可隨環(huán)境、參質(zhì)的加入等而改變其導(dǎo)電能力之特性，發(fā)展出多項(xiàng)的應(yīng)用產(chǎn)品。半導(dǎo)體的應(yīng)用范圍很廣，包括二極管、晶體管等電子組件及發(fā)光二極管、雷射二極管、各類(lèi)檢測(cè)器、太陽(yáng)能電池等光電組件。除此之外，尚有功率組件，及目前相當(dāng)熱門(mén)的各類(lèi)顯示器都可以見(jiàn)到半導(dǎo)體的蹤跡。半導(dǎo)體材料又可分為元素半導(dǎo)體〈elementsemiconductor〉及化合物半導(dǎo)體〈compoundsemiconductor〉。元素半導(dǎo)體是由單一元素所組成的半導(dǎo)體，如Si、Ge等；化合物半導(dǎo)體則是由兩種以上的元素所組成的半導(dǎo)體，如GaAs、ZnS等，常應(yīng)用于光電或高速組件中。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)分類(lèi)大致可分為三類(lèi)。第一類(lèi)的半導(dǎo)體廠(chǎng)商本身有完整的設(shè)計(jì)能力，且擁有晶圓制造廠(chǎng)，可以生產(chǎn)自有品牌的產(chǎn)品，如國(guó)內(nèi)的華邦、旺宏，國(guó)外的CPU大廠(chǎng)Intel皆屬此類(lèi)。此類(lèi)便是我們常聽(tīng)到所謂的IDM〈IntegratedDeviceManufacturing，整合組件制造〉。第二類(lèi)半導(dǎo)體廠(chǎng)商專(zhuān)事晶圓制造生產(chǎn)，本身?yè)碛芯A廠(chǎng)但不做設(shè)計(jì)，成為專(zhuān)業(yè)的晶圓代工廠(chǎng)〈Foundry〉，如臺(tái)積電、聯(lián)電等。第三類(lèi)半導(dǎo)體廠(chǎng)商沒(méi)有自己的晶圓廠(chǎng)〈Fabless〉，但專(zhuān)事半導(dǎo)體設(shè)計(jì)，此類(lèi)通稱(chēng)為DesignHouse。如國(guó)內(nèi)的威盛、揚(yáng)智，美國(guó)的IBM等。附帶一提的是，臺(tái)灣的半導(dǎo)體代工是世界有名的。臺(tái)積電和聯(lián)電分別為全世界第一和第二大的晶圓代工廠(chǎng)。原子間結(jié)合力原子藉由彼此之間的相互作用力而結(jié)合在一起，以致于形成晶體結(jié)構(gòu)。以下將這五種力〈鍵結(jié)〉分述于下：離子鍵〈ionicbond〉：典型的例子為氯化鈉〈NaCl〉晶體，這種鍵結(jié)主要來(lái)自于正負(fù)離子間的庫(kù)倫吸引力，因此結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定。會(huì)形成正負(fù)離子的原因在于原子間的電子轉(zhuǎn)移，以氯化鈉等1族堿金屬和7族鹵素元素的結(jié)合為例，堿金屬最外圍1個(gè)價(jià)電子會(huì)傾向于填滿(mǎn)鹵素最外圍的電子軌道，形成八個(gè)電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，此時(shí)帶正電離子〈堿金屬原子分一個(gè)電子給鹵素原子后帶正電〉和帶負(fù)電離子〈鹵素原子從堿金屬原子獲得一個(gè)電子后帶負(fù)電〉便會(huì)以庫(kù)倫力結(jié)合，這就是所謂的離子鍵。共價(jià)鍵〈covalentbond〉：共價(jià)鍵顧名思義，就是相鄰原子共享彼此的價(jià)電子，來(lái)滿(mǎn)足自身電子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。幾乎所有的半導(dǎo)體〈如硅、鍺〉都是由共價(jià)鍵所組成的，少部分的三五族半導(dǎo)體〈如GaAs〉則可能帶有部分離子鍵成分在內(nèi)。共價(jià)鍵的結(jié)合力較金屬鍵為弱，這也是半導(dǎo)體之所以導(dǎo)電率為〝半〞的原因之一。金屬鍵：所有的價(jià)電子為共有的情形下，使得失去價(jià)電子的原子和由共有價(jià)電子所形成的電子云間有庫(kù)倫力的存在，這也是金屬鍵的由來(lái)。由于金屬的鍵結(jié)屬于金屬鍵，因此其價(jià)電子的共有，造成價(jià)電子可在金屬晶體內(nèi)部自由活動(dòng)，可以解釋為什幺金屬是電的良導(dǎo)體。凡得瓦耳力〈vanderWaals〉：產(chǎn)生原因?yàn)樵踊蚍肿娱g的電偶極作用力。由于電子繞中心原子核環(huán)繞時(shí)，有時(shí)瞬間可能使得電子偏向集中于某一邊，致使原子一邊帶正電，一邊帶負(fù)電，形成所謂的電偶極。不同原子和分子便可藉由這微弱的吸引力而結(jié)合。氫鍵：氫和電子親和力大的原子結(jié)合〈N、O、F〉時(shí)，外圍的電子會(huì)被吸引過(guò)去，中心帶正電的原子核便會(huì)暴露于外，可以再去吸引其它電子親和力大的原子，形成所謂的氫鍵。以半導(dǎo)體的領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，較?？紤]到的鍵結(jié)應(yīng)屬共價(jià)鍵，其次是離子鍵。可以說(shuō)大多數(shù)半導(dǎo)體的特性皆來(lái)自于半導(dǎo)體本身共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)的關(guān)系。晶圓晶圓，wafer，是VLSI制程中不可或缺的材料，IC上所有的組件都是〝長(zhǎng)〞在這上面。晶圓也就是我們一般常聽(tīng)到的底材〈substrate〉。以硅晶圓來(lái)說(shuō)，它的來(lái)源是石英〈主成份為氧化硅〉。剛開(kāi)挖出來(lái)的石英礦，必須經(jīng)過(guò)純化、高溫溶解、蒸溜、沉積等步驟，得到所謂高純度的硅棒〈siliconrod〉，但這時(shí)候的硅并非是結(jié)晶狀態(tài)，因此必須再以單晶成長(zhǎng)方法來(lái)得到所需的單晶硅。常見(jiàn)的單晶成長(zhǎng)法有拉晶法〈Czochralski、CZ法〉和浮游區(qū)域法〈FloatZone、FZ法〉。其中以拉晶法最為被廣泛使用，因?yàn)檫@種方法所需的成本較低，且容易達(dá)成大尺寸化；而FZ法所成長(zhǎng)的硅晶錠〈siliconingot〉，其雜質(zhì)濃度一般會(huì)較低。不管是用何種方法長(zhǎng)成的晶錠，必須要經(jīng)過(guò)grinding、slicing、lapping、etching、polishing、cleaning及inspection步驟，最后一片片的晶圓才會(huì)被包裝起來(lái)，以保持表面的無(wú)污染及平坦性。盡管如此，晶圓在使用之前，仍須經(jīng)過(guò)化學(xué)物品的清洗，確保其表面品質(zhì)。晶圓的大小〈指其直徑〉由早先的三吋〈約7.5公分〉到目前的八吋〈約20公分〉，未來(lái)將朝的十二吋、十六吋等大尺吋方向前進(jìn)，主要是為了提高VLSI的產(chǎn)能且提升IC的良率，以增加廠(chǎng)商自身的競(jìng)爭(zhēng)力。雙原子晶格振動(dòng)這里的雙原子指的是基本單胞〈primitiveunitcell〉是由兩個(gè)原子所組成。本文假設(shè)此兩個(gè)原子的質(zhì)量不同，于下將說(shuō)明雙原子晶格振動(dòng)時(shí)其ω-q的離散關(guān)系〈dispersionrelation〉。假設(shè)在1D的情形下，兩個(gè)原子的質(zhì)量分別為M和m〈M>m〉，受到擾動(dòng)后的位移分別為u和v，基本單胞的晶格常數(shù)為a，如下圖所示：根據(jù)牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律，可以得到M和m第n個(gè)晶格原子所受力情形：

......(1)

......(2)(1)、(2)右半部主要是根據(jù)虎克定律〈Hook'slaw〉而來(lái)，其中β代表相鄰原子間的力常數(shù)〈假設(shè)對(duì)任一晶格原子來(lái)說(shuō)都是一樣的〉。通常在處理此類(lèi)振動(dòng)問(wèn)題時(shí)，都會(huì)把它假設(shè)為簡(jiǎn)諧振蕩器〈simpleharmonicoscillator〉，因此其波動(dòng)應(yīng)分別具有下面的形式：

......(3)

......(4)其中A、B分別代表原子M和m振幅，q代表此波動(dòng)函數(shù)的波向量〈波數(shù)〉。(3)、(4)分別帶入(1)、(2)，為了求得non-trivial解，可得以下式子必須成立：

.....(5)

由(5)求ω和q的關(guān)系式，可得到兩個(gè)支系〈twobranchs〉，下圖繪出此兩支系〈ω+、ω-〉：

如同【單原子晶格振動(dòng)】一般，ω-q關(guān)系圖也有著相同的周期，2π/a，因此一般在討論時(shí)只要考慮其第一布里路因區(qū)〈1stBrillouinzone〉即可?！瓷蠄D畫(huà)出的部分正是第一布里路因區(qū)〉以下將此兩支系的一些極限特點(diǎn)，列表整理：ω+ω-q→0〈或波長(zhǎng)很長(zhǎng)〉A(chǔ)/B=-m/MA/B=1q→+-π/a〈或波長(zhǎng)較短〉A(chǔ)=0B=0ω+一般稱(chēng)為光支系〈opticalbranch〉，原因是因?yàn)槠漕l率一般在1e13~1e14s-1之間，屬于遠(yuǎn)紅外光的范圍。ω-一般稱(chēng)為聲支系〈acousticalbranch〉，因?yàn)槠淙核俸吐曀傧嘟?，而且具有彈性波線(xiàn)性關(guān)系。由上表還可知，對(duì)于q較小的光支系而言，兩相鄰原子其振動(dòng)方向是相反的，但基本單胞質(zhì)量中心位置也因而不會(huì)改變。另一方面，q較小的聲支系其兩相鄰原子振動(dòng)方向卻是一樣的。在真實(shí)的晶格中，由于相鄰原子的力常數(shù)不見(jiàn)得相同〈一般也不會(huì)相同〉，所以產(chǎn)生的ω-q關(guān)系會(huì)較為復(fù)雜。如果基本單胞是由N個(gè)原子所組成，在實(shí)驗(yàn)上會(huì)發(fā)現(xiàn)，其ω-q離散關(guān)系會(huì)有3個(gè)聲支系，3N-3個(gè)光支系。視振動(dòng)方向和波傳遞方向〈波向量〉為垂直或平行，又可細(xì)分為橫向支系〈transversebranch〉或縱向支系〈longitudinalbranch〉。

缺陷中心缺陷中心〈defectcenter〉是個(gè)總稱(chēng)，在能帶上看來(lái)，會(huì)類(lèi)似雜質(zhì)在禁止帶上有一對(duì)應(yīng)的能階產(chǎn)生。關(guān)于晶格中的缺陷，請(qǐng)參看【晶體中的缺陷】一文。缺陷中心以其所帶電性而言，可分為：

受體型〈acceptor-type〉：被填滿(mǎn)時(shí)帶負(fù)電，空著時(shí)呈中性。

施體型〈donor-type〉：被填滿(mǎn)時(shí)呈中性，空著時(shí)帶正電。若以其捕捉載子的方式來(lái)分類(lèi)，可分為：

陷阱中心〈trappingcenter〉：此類(lèi)缺陷中心在捕捉載子后，會(huì)很快地將載子再度釋放到原來(lái)的能帶中。

復(fù)合中心〈recombinationcenter〉：此類(lèi)缺陷中心在捕捉載子后，會(huì)再捕捉極性相反的載子，使與之復(fù)合，即有電子電洞對(duì)消失的現(xiàn)象產(chǎn)生。缺陷中心存在的多寡，關(guān)系到載子帶間轉(zhuǎn)移機(jī)率的高低及載子存活時(shí)間的長(zhǎng)短。波粒二重性在光電效應(yīng)中，光表現(xiàn)出粒子的性質(zhì)；在繞射實(shí)驗(yàn)上又表現(xiàn)出波的特性。所以到底光是質(zhì)點(diǎn)還是波動(dòng)？德布格里〈DeBroglie〉于公元1924年提出一項(xiàng)假設(shè)，及任何在運(yùn)動(dòng)中的質(zhì)點(diǎn)，必會(huì)伴隨著對(duì)應(yīng)的物質(zhì)波來(lái)〈matterwaves〉進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，物質(zhì)波會(huì)有如下的關(guān)系存在〈P為質(zhì)點(diǎn)動(dòng)量、E為質(zhì)點(diǎn)能量、λ為物質(zhì)波波長(zhǎng)、ν為物質(zhì)波頻率〉：下圖即質(zhì)點(diǎn)的物質(zhì)波示意圖：

以物質(zhì)波的觀點(diǎn)而言，物質(zhì)于空間中存在于某一范圍內(nèi)〈Δx>0〉，以上圖為例，質(zhì)點(diǎn)在C被發(fā)現(xiàn)的機(jī)率最高，A、B兩點(diǎn)為最低。這種波粒二重性可適用于任何的質(zhì)點(diǎn)上，下表列出一些常見(jiàn)的波粒對(duì)：質(zhì)點(diǎn)波動(dòng)光子〈photon〉電磁波電漿子〈plasmon〉電漿振蕩波磁子〈magnon〉磁化波聲子〈phonon〉晶格振動(dòng)波波粒二重性的存在，導(dǎo)致了測(cè)不準(zhǔn)原理〈uncertaintyprinciple〉的出現(xiàn)。

波爾原子模型波爾氫原子模型是波爾于公元1913年所發(fā)展出來(lái)，可用以解釋氫原子輻射光譜的模型?；旧洗四Ｐ褪腔诓柤僬f(shuō)〈Bohrpostulates〉而來(lái)：電子只能在原子核外的某些圓形軌道運(yùn)行，其運(yùn)行遵循古典力學(xué)〈庫(kù)倫吸引力〉的規(guī)范。電子在這些特定的圓形軌道上，其角動(dòng)量L正好是h/2π的整數(shù)倍，即：

其中，n為正整數(shù)。和古典物理不同的是，雖然電子在圓形軌道上做等加速運(yùn)動(dòng)，但并不會(huì)輻射能量，所以總能是固定的。若電子由較高能量Ei的軌道掉到能量較低的軌道Ef，其輻射出來(lái)的電磁波頻率ν為：

根據(jù)上述的假設(shè)，可得電子在第n個(gè)軌道的總能En為：

當(dāng)n=1時(shí)，可得氫原子的游離能〈正好等于E1〉：

雖然此模型是為氫原子所導(dǎo)出來(lái)的，但對(duì)于最外圍只有一個(gè)電子的原子來(lái)說(shuō)〈如鋰、鈉、鉀〉，也有其不錯(cuò)的預(yù)測(cè)結(jié)果。此外，在半導(dǎo)體中，也可用來(lái)估算雜質(zhì)游離能的大小。晶體中的缺陷理想具周期性排列的晶體實(shí)際上是不存在的，真實(shí)的晶體中都有缺陷〈defects〉存在。只要能使晶體偏離理想的狀態(tài)，則都可稱(chēng)為缺陷。這些缺陷除了會(huì)影響到材料本身的特性外，也會(huì)影響其電特性。通常晶體中的缺陷可分為點(diǎn)缺陷、線(xiàn)缺陷、面缺陷及體缺陷四種，概述于下。點(diǎn)缺陷：空穴〈vacancy〉：正常晶格位置沒(méi)有晶體原子存在時(shí)所形成。空穴的存在有助于雜質(zhì)或本質(zhì)原子的熱擴(kuò)散，適當(dāng)?shù)募右酝嘶鹂蓽p少空穴的情形。間隙缺陷〈interstitials〉：在非正常晶格位置處有晶體原子存在的情形。雜質(zhì)〈impurity〉：非原本晶體原子的外來(lái)原子占據(jù)正?；蚍钦＞Ц裎恢玫那樾?。蕭特基缺陷〈Schottkydefects〉：晶體原子跑到晶體表面，并在原位置留下空缺。富蘭克缺陷〈Frankeldefects〉：晶體原以跑到非正常晶格位置，形成間隙型缺陷，并在原位置留下空缺。線(xiàn)缺陷：邊緣差排〈edgedislocations〉：為最常見(jiàn)之線(xiàn)缺陷。邊緣差排的成因?yàn)榫Ц袷苓^(guò)度擠壓或拉伸所引起〈或由局部熱脹冷縮所致〉。差排線(xiàn)和差排方向垂直。螺旋差排〈screwdislocations〉：為受到剪應(yīng)力的結(jié)果。差排線(xiàn)和差排方向平行。堆棧錯(cuò)誤〈stackingfaults〉：相鄰晶體層的排列不同會(huì)導(dǎo)致堆棧錯(cuò)誤。面缺陷：自由表面〈freesurface〉：晶體表面因和空氣接觸，造成表面原子鍵結(jié)不完整。晶粒邊界〈grainboundary〉：不同晶體方向的小晶體〈或稱(chēng)晶?！到佑|的面。晶粒邊界上的缺陷包含點(diǎn)缺陷及線(xiàn)缺陷，因此晶粒邊界的存在將助于雜質(zhì)的擴(kuò)散。體缺陷：大量且集中的外來(lái)雜質(zhì)引入。機(jī)械性的傷害亦會(huì)造成體缺陷。另外，因?yàn)樵拥臒嵴駝?dòng)會(huì)使原子偏離原來(lái)的正常位置，導(dǎo)致晶體的晶格常數(shù)變動(dòng)，偏離理想晶體結(jié)構(gòu)，所以晶格振動(dòng)也算是缺陷的一種。晶格簡(jiǎn)介晶格是周期性排列的原子結(jié)構(gòu)，在討論電子在晶體中的電性時(shí)，總不能不考慮晶體本身的結(jié)構(gòu)。依據(jù)布拉菲〈Bravais〉的推證，可分為七個(gè)晶系，十四個(gè)不同的晶格，稱(chēng)為布拉菲晶格[注01]，將七個(gè)晶系列舉于下：立方晶系〈Cubic〉：包括簡(jiǎn)單立方〈SimpleCubic〉、體心立方〈Body-centeredCubic〉、面心立方〈Face-centeredCubic〉三種。四方晶系〈Tetragonal〉：包括簡(jiǎn)單四方〈SimpleTetragonal〉、體心四方〈Body-centeredTetragonal〉兩種。正交晶系〈Orthorhombic〉：包括簡(jiǎn)單正交〈SimpleOrthorhombic〉、底心正交〈Base-centeredOrthorhombic〉、體心正交〈Body-centeredOrthorhombic〉、面心正交〈Face-centeredOrthorhombic〉四種。單斜晶系〈Monoclinic〉：包括簡(jiǎn)單單斜〈Simplemonoclinic〉、底心單斜〈Base-centeredMonoclinic〉兩種。三斜晶系〈Triclinic〉：簡(jiǎn)單單斜〈SimpleTriclinic〉一種。三角晶系〈Trigonal〉：三角晶格一種。六角晶系〈Hexagonal〉：簡(jiǎn)單六角〈SimpleHexagonal〉一種。此外有一些常見(jiàn)的名詞，在此提出加以整理：基底向量〈BasisVector〉：原點(diǎn)至任三個(gè)相鄰但不共平面的晶格點(diǎn)所形成的向量，所以此基底向量的選擇一般都不是為唯一的。單胞〈UnitCell〉：由基底向量所圍出的體積稱(chēng)為單胞?；締伟碢rimitiveUnitCell〉：?jiǎn)伟杏凶钚◇w積者，反之為非基本單胞。[注01]布拉菲晶格的特色之一，就是所有的晶格點(diǎn)都是相等的，即晶體由單一種原子所組成之意。非布拉菲晶格可以看成是由兩種以上的布拉非晶格交錯(cuò)構(gòu)成。DRAM制程和容量下表為到2001年制造DRAM所使用的制程線(xiàn)寬和容量大小的年份進(jìn)程表，大抵三年一個(gè)世代，前后兩世代間的DRAM容量相差四倍。DRAM制程和容量下表為到2001年制造DRAM所使用的制程線(xiàn)寬和容量大小的年份進(jìn)程表，大抵三年一個(gè)世代，前后兩世代間的DRAM容量相差四倍。SIA發(fā)展進(jìn)程表下表是美國(guó)半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)〈SemiconductorIndustrialAssociation，SIA〉所預(yù)估半導(dǎo)體科技〈到2007年〉的進(jìn)程表?？梢园l(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體每三年可為一個(gè)世代，而每個(gè)世代所用到的線(xiàn)寬約為上個(gè)世代的70%，據(jù)此預(yù)估到2014年，線(xiàn)寬會(huì)縮小到0.035um，DRAM容量會(huì)到1萬(wàn)億〈1000G〉位。預(yù)計(jì)在未來(lái)15年內(nèi)〈1999~2014〉，半導(dǎo)體科技的發(fā)展仍會(huì)以極快速度不斷的前進(jìn)。單位前綴表理工所用到的數(shù)字，要不是很大很大，不然就是很小很小。為了簡(jiǎn)單且統(tǒng)一地表達(dá)所要表示的數(shù)字，一般都會(huì)把級(jí)數(shù)部份以單位前綴代替。如以20G代替2e10、以4n來(lái)代替4e-9。這樣的表達(dá)方式讓讀者很容易就知道此數(shù)數(shù)量級(jí)的大小，也使得數(shù)目的表示方法更加制度化。請(qǐng)注意symbol是有分大小寫(xiě)的，所以2e10要寫(xiě)成20G，千萬(wàn)不可寫(xiě)成20g。另外，不可使用復(fù)合前綴，例如不要用kk代替M。

物理常數(shù)表半導(dǎo)體領(lǐng)域所用到的相關(guān)物理常數(shù)不算少，下表所列為從書(shū)上整理出來(lái)的幾個(gè)較常用物理常數(shù)：常用數(shù)學(xué)公式有時(shí)在推導(dǎo)半導(dǎo)體的相關(guān)特性或是在量子物理的計(jì)算中，會(huì)用到一些常用的數(shù)學(xué)公式。為方便日后的查詢(xún)，將其整理于下，以供參考：希臘字母表可別小看希臘字母，相信讀理工的同學(xué)或多或少都有接觸到它們吧？這些字母常常用來(lái)當(dāng)作變量或是有意義的特定符號(hào)〈如π代表圓周率、ε代表介電常數(shù)等等〉，如果一時(shí)失察，把它們攪錯(cuò)，那可就不好了。此外，這些符號(hào)的正確發(fā)音，可以幫助您跟別人之間語(yǔ)言上的溝通，所以怎幺念也是相當(dāng)重要的一件事。國(guó)際單位系統(tǒng)表下表為國(guó)際單位系統(tǒng)表〈InternationalSystemofUnits〉，整理列出于下供大家參照：低頻參數(shù)對(duì)一個(gè)雙端口網(wǎng)絡(luò)，在低頻時(shí)，可以用z矩陣〈impedancematrix〉、y矩陣〈admittancematrix〉、h矩陣〈hybridmatrix〉、chain〈ABCD〉矩陣〈chainmatrix〉來(lái)表示此網(wǎng)絡(luò)的特性。構(gòu)成這些矩陣的元素，便是所謂的參數(shù)：z參數(shù)、y參數(shù)、h參數(shù)、chain參數(shù)。以下分別定義此四種參數(shù)：

1.z參數(shù)：對(duì)于雙端口網(wǎng)絡(luò)串聯(lián)后的特性，較為方便計(jì)算。

2.y參數(shù)：對(duì)于雙端口網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)后的特性，較為方便計(jì)算。

3.h參數(shù)：

4.chain參數(shù)：對(duì)于雙端口網(wǎng)絡(luò)前后級(jí)相連后的特性，較為方便計(jì)算。

不過(guò)在高頻時(shí)，一般常用的參數(shù)則是s參數(shù)。其中的一個(gè)原因?yàn)椋鲜龅乃姆N參數(shù)在量測(cè)時(shí)都需要用到短路或開(kāi)路測(cè)試，如在求z11時(shí)，根據(jù)定義：

此時(shí)便要使Port2開(kāi)路，在求y11時(shí)，根據(jù)定義：

此時(shí)便要使Port2短路，才能分別獲得這些參數(shù)值。然而在高頻時(shí)，真正的短路或開(kāi)路情形是不易獲得的，自然這時(shí)求出的參數(shù)便沒(méi)有什幺意義可言。雖然這里是以雙端口網(wǎng)絡(luò)為例來(lái)作說(shuō)明，但同樣的概念一樣可以延申到nport網(wǎng)絡(luò)。晶體管電路分析本篇將以y參數(shù)來(lái)表示晶體管的一些重要參數(shù)，如AV、AI、YIN、YOUT等，這些對(duì)于接下來(lái)所要探討的〝穩(wěn)定度〞相當(dāng)重要。

下圖是雙埠都接了終端阻抗的晶體管：

將此晶體管以雙端口網(wǎng)絡(luò)的y參數(shù)表示，得以下關(guān)系式：

考慮port2端的負(fù)載Yl，則可得另一關(guān)系式：

由(2)、(3)兩式可得AV：

再由(1)、(2)、(4)可得AI：

最后由(1)、(4)可得輸入端導(dǎo)納〈YIN〉：

若要求得輸出端導(dǎo)納〈YOUT〉，則可令輸入端的電壓源Vs為零，由輸出端看入的導(dǎo)納即為輸出端導(dǎo)納〈YOUT〉，其大小為：

當(dāng)然，這些y參數(shù)都可以轉(zhuǎn)成S參數(shù)，利于高頻時(shí)的量測(cè)。分貝在高頻電路設(shè)計(jì)分析時(shí)，常可見(jiàn)到〝dB〈分貝〉〞這個(gè)單位，它代表一個(gè)增益取對(duì)數(shù)后的大小。但是功率增益和電壓〈流〉增益的dB取法并不同，取法如下表所列：

增益型式

dB取法

功率增益〈Ap〉用dB表示10log|Ap|

電壓增益〈Av〉用dB表示20log|Av|

電流增益〈Ai〉用dB表示20log|Ai|另外，元素要探討的是在頻譜常見(jiàn)的衰減圖上，衰減表示法間的轉(zhuǎn)換問(wèn)題。如下圖所示，便是一個(gè)典型的〝橫坐標(biāo)以取對(duì)數(shù)后為刻度，縱坐標(biāo)以dB為單位〞衰減圖。先假設(shè)其衰減斜率為M1dB/m-times，即表示頻率每上升m倍，則其dB值為原先的dB值再加上M1〈本例中M1為負(fù)，代表原先的dB值再減去|M1|〉。但有時(shí)我們想知道頻率上升n倍，dB值變化的情形時(shí)，則可經(jīng)由以下所推導(dǎo)出來(lái)的公式來(lái)求出此時(shí)的斜率表示法：M2dB/n-times。當(dāng)以原先M1表示時(shí)，Y2的大小為：

當(dāng)以M2表示時(shí)，Y2的大小可表示為：

上面兩式等號(hào)右邊相等，則：

整理一下，最后可得到M2和M1的關(guān)系：

也就是說(shuō)，若原先的M1為-20dB/decade〈即-20dB/10-times，m=10〉，斜率的表示相當(dāng)于M2=-6dB/octave〈即-6dB/2-times，n=2〉。四種特殊傳輸線(xiàn)阻抗

經(jīng)由傳輸線(xiàn)公式的推導(dǎo)，離傳輸線(xiàn)負(fù)載端〈阻抗為Zl〉距離為d〈load端為原點(diǎn)〉的阻抗值大小為：

在此假設(shè)此傳輸線(xiàn)為無(wú)損失傳輸線(xiàn)。根據(jù)此式，有四種特殊情形下的負(fù)載不難被發(fā)現(xiàn)：

負(fù)載大小等于傳輸線(xiàn)特性阻抗：Zl=Zo

d=0那點(diǎn)的反射系數(shù)為零，VSWR=1。

負(fù)載端短路：Zl=0

d=0那點(diǎn)的反射系數(shù)為-1，VSWR=∞。

負(fù)載端開(kāi)路：Zl=∞

d=0那點(diǎn)的反射系數(shù)為1，VSWR=∞。

負(fù)載為實(shí)數(shù)，但此時(shí)傳輸線(xiàn)長(zhǎng)度為行進(jìn)波波長(zhǎng)的四分之一：l=λ/4

藉由此關(guān)系式，可以利用選定不同的Zo值，而得到另一個(gè)不同的輸出阻抗之目的。

常用頻帶這里元素將列出幾種常見(jiàn)的頻帶分法，而一般常說(shuō)的微波，指得范圍為1GHz~100GHz間的頻帶。1.下表為常用頻帶的頻寬范圍和縮寫(xiě)：

頻寬〈Hz〉頻帶名稱(chēng)縮寫(xiě)30G~300G至高頻〈extrahighfreq.〉EHF3G~30G極高頻〈superhighfreq.〉SHF300M~3G超高頻〈ultrahighfreq.〉UHF30M~300M特高頻〈veryhighfreq.〉VHF3M~30M高頻〈highfreq.〉HF300k~3M中頻〈mediumfreq.〉MF30k~300k低頻〈lowfreq.〉LF3k~30k特低頻〈verylowfreq.〉VLF300~3k聲頻〈voicefreq.〉VF30~300極低頻〈extralowfreq.〉ELF2.以波長(zhǎng)來(lái)分類(lèi)，則如下表所示：

名稱(chēng)波長(zhǎng)之范圍〈m〉頻率之范圍〈Hz〉長(zhǎng)波3000以上100k以下中波3000~200100k~1500k中短波200~751.5M~4M短波75~104M~30M超短波10~130M~300M極超短波1以下300M以上3.下表為微波、衛(wèi)星常用波段：

波段〈band〉頻率之范圍〈GHz〉L1~2S2~4C4~8X8~12.5Ku12.5~18K18~26.5Ka26.5~404.下表為美國(guó)軍用微波帶：

代號(hào)頻率之范圍〈GHz〉A(chǔ)0.1~0.25B0.25~0.5C0.5~1D1~2E2~3F3~4G4~6H6~8I8~10J10~20K20~40L40~60M60~100導(dǎo)納及負(fù)電阻在史密斯圖上的求法若果要分析的是并聯(lián)的電路組件，則用導(dǎo)納來(lái)處理會(huì)較方便?，F(xiàn)在來(lái)介紹史密斯圖上任點(diǎn)阻抗得導(dǎo)納值要如何求得。另外要是阻抗中的若電阻值是負(fù)的〈信號(hào)會(huì)被放大〉，則在史密斯圖上又要如何求得〈因?yàn)槭访芩箞D上并沒(méi)有定義負(fù)電阻的位置〉？這也將說(shuō)明于下。假設(shè)Z(0)為史密斯上某一點(diǎn)的阻抗值〈0代表此點(diǎn)尚未旋轉(zhuǎn)，即為初始狀況〉，則此點(diǎn)的Z和Γ有以下的關(guān)系是〈這里用及坐標(biāo)的方式表示〉：

現(xiàn)在若將此點(diǎn)旋轉(zhuǎn)180度〈此時(shí)的史密斯圖上所代表的阻抗值為Z(180)〉，則關(guān)系式變?yōu)椋?/p>

由上是可以很清楚地得知，任一點(diǎn)的導(dǎo)納值，其實(shí)就是該點(diǎn)以史密斯圖圓心旋轉(zhuǎn)180后所得的阻抗值大小。

為求方便，一般會(huì)有兩種方式來(lái)求得任一點(diǎn)阻抗之導(dǎo)納值，即如下圖(a)和(b)所示：

假如圖中的A代表該點(diǎn)的阻抗值，B代表該點(diǎn)欲求得的導(dǎo)納值，則：

(a)圖的求法步驟即如上面公式推導(dǎo)的步驟一樣，只要把A旋轉(zhuǎn)180度后所得到的阻抗值〈B位置〉就是該點(diǎn)〈A〉的導(dǎo)納值。

(b)圖的做法就是原A點(diǎn)不動(dòng)，對(duì)整個(gè)史密斯圖作180度旋轉(zhuǎn)后，在原該點(diǎn)〈A〉所讀取出的阻抗值就是欲求的導(dǎo)納值B〈A、B兩點(diǎn)重迭〉。同理，若已經(jīng)知道某點(diǎn)的導(dǎo)納值欲求該點(diǎn)的阻抗值，上述的方法依然適用。若遇到要處理串聯(lián)阻抗，又要處理并聯(lián)導(dǎo)納的情形時(shí)，一般會(huì)將阻抗和導(dǎo)納的史密斯圖迭畫(huà)在一起，以方便之間的轉(zhuǎn)換，如下圖所示〈簡(jiǎn)稱(chēng)為XYSmithchart〉。

接下來(lái)求史密斯圖上的負(fù)電阻。假設(shè)有一阻抗為Z為(-r+jx)，其中r為正，代表此阻抗有負(fù)電阻存在。該點(diǎn)的Γ和z關(guān)系為：

這時(shí)我們?nèi)魧?duì)此Γ取導(dǎo)數(shù)后在取共軛，則可得：

上式說(shuō)明由此反射系數(shù)(1/Γ)*在史密斯圖上所求得的阻抗為(r+jx)，恰好跟原先反射系數(shù)為Γ的阻抗在實(shí)部上差個(gè)負(fù)號(hào)。因?yàn)?1/Γ)*在史密斯圖上可以找到的阻抗其實(shí)部為正〈正電阻情形〉，所以遇到阻抗帶負(fù)電阻情形時(shí)，便可以將其反射系數(shù)的倒數(shù)取共軛，再將其在史密斯圖上所得的阻抗部分之電阻值取負(fù)，結(jié)果便是我們?cè)扔蟮膸ж?fù)電阻的阻抗值。無(wú)塵室分類(lèi)無(wú)塵室〈cleanroom〉提供半導(dǎo)體制程一個(gè)干凈的空間，由于粒子〈particle〉對(duì)制程良率的影響頗重，因此無(wú)塵室的潔凈度要求便格外重要。下圖所列為美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)209D的無(wú)塵室規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)，定義方式為單位英呎〈ft3〉內(nèi)直徑為0.5um的粒子數(shù)多寡。如單位體積內(nèi)直徑為0.5um粒子數(shù)在1e2〈即100〉以下，則稱(chēng)為class100；在1e1〈即10〉以下為class10，余類(lèi)推。

在無(wú)塵室中為維持本身的潔凈度，都會(huì)要求作業(yè)人員穿上無(wú)塵衣，以防止身上的微粒被帶入無(wú)塵室。v

介紹一般來(lái)說(shuō)，數(shù)字IC設(shè)計(jì)可以分成Full-custom和Cell-based兩種比較一般的方式：Full-coustom可以直接從晶體管來(lái)作設(shè)計(jì)，可調(diào)整晶體管的寬度、距離...等，好處是可以做出更快或更小甚至更省電的設(shè)計(jì)，但是有一個(gè)比較麻煩的地方，就是設(shè)計(jì)者的邏輯設(shè)計(jì)的技巧要夠好，還需要足夠的電子方面的背景才有辦法做出比較好的設(shè)計(jì)，在加上若需要較大的電路，則設(shè)計(jì)的復(fù)雜度更不是一般的設(shè)計(jì)者能夠輕易完成的。相對(duì)于Full-coustom的設(shè)計(jì)方式，Cell-based是指我們用硬件描述語(yǔ)言〈ex：VerilogorVHDL〉來(lái)描述我們想要的電路，然后用合成的工具（ex：SYNOPSYS)合成們描述的工具，運(yùn)用一些〝限制〈constrain〉〞〈ex：面積、速度...等〉來(lái)選擇不同的組件，優(yōu)點(diǎn)是可以較輕易設(shè)計(jì)出較復(fù)雜的電路，但在面積上或功率上，因?yàn)槊總€(gè)組件是之前先做好的，可能就不像Full-custom那幺容易來(lái)增加每個(gè)組件的效率。就硬件描述語(yǔ)言來(lái)說(shuō)，主要有VHDL和Verilog兩種：VHDL〈VHSICHardwareDescriptionLanguage〉開(kāi)始是由美國(guó)國(guó)防部發(fā)展出來(lái)的，其中VHSIC是指veryhigh-speedIC。而Verilog則是后來(lái)的IC設(shè)計(jì)工程師〈GatwayDesignAutomation〉發(fā)展出來(lái)的，目前兩種HDL都是IEEE的standard。至于SYNOPSYS的合成工具，是一套功能強(qiáng)大且價(jià)格昂貴的軟件，不過(guò)它愿意免費(fèi)提供學(xué)校教學(xué)用，對(duì)我們這些學(xué)生來(lái)說(shuō)，除了許多免費(fèi)的昂貴軟件可用之外，國(guó)科會(huì)芯片設(shè)計(jì)制作中心〈CIC〉〈.tw〉寒暑假還有訓(xùn)練課程，可以幫忙我們學(xué)習(xí)這些工具。對(duì)于資工背景的學(xué)生來(lái)說(shuō)，可能有一大部分的人關(guān)于〝電〞的背景并不太夠，若要他們跟電子電機(jī)的比較，更是一件辛苦的事。但是，若以寫(xiě)程序來(lái)設(shè)計(jì)，他們確絕對(duì)有足夠?qū)懗绦虻哪芰?lái)踏入當(dāng)紅的半導(dǎo)體業(yè)界，所靠的就是這種描述的設(shè)計(jì)方式?；蛘呔碗姍C(jī)方面來(lái)看，除了原本的半導(dǎo)體組或VLSI、CAD組以外，常常連計(jì)算器組也會(huì)加入半導(dǎo)體的行列。

關(guān)于IC設(shè)計(jì)的部分，應(yīng)該算是半導(dǎo)體較上游的部分，坦白說(shuō)，現(xiàn)在臺(tái)灣應(yīng)該有不少人會(huì)這些技術(shù)，只是很有名的產(chǎn)品還沒(méi)聽(tīng)到多少，尤其數(shù)字的部分。其實(shí)入門(mén)并不是太難，聽(tīng)說(shuō)現(xiàn)在比較缺模擬設(shè)計(jì)的人才，可惜我現(xiàn)在還沒(méi)有機(jī)會(huì)學(xué)到，而且背景也還不太夠。但是，對(duì)〝元素半導(dǎo)體中心〞來(lái)說(shuō)，若能再加一點(diǎn)關(guān)于設(shè)計(jì)的部分，應(yīng)該會(huì)是一個(gè)更完整的半導(dǎo)體中心。平帶電壓根據(jù)定義，平帶電壓〈flatbandvoltage〉為使MOS基板能帶為平坦所需的外加電壓，一般會(huì)有平帶電壓產(chǎn)生的原因，主要是因?yàn)殚l極與硅基板〈Sisubstrate〉間的功函數(shù)〈workfunction〉不相等，或〈及〉氧化層電荷的存在所造成。因此平帶電壓VFB可表示為：

在現(xiàn)代的制程技術(shù)下，氧化層電荷的量可以加以忽略，因此平帶電壓可簡(jiǎn)化如下：

其中φg代表閘極的功函數(shù)、φs為基板的功函數(shù)，此即平帶電壓為閘極和基板材料間功函數(shù)差所主導(dǎo)。

現(xiàn)在的閘極多以多晶硅來(lái)取代取代傳統(tǒng)的鋁金屬，根據(jù)多晶硅[注01]和基板[注02]的參雜種類(lèi)〈n或p〉，可以有四種可能的能帶關(guān)系，如下圖所示：

以下舉例說(shuō)明(a)組n+-polyp-substrate的平帶電壓求法。只要根據(jù)上式定義和圖(a)能帶間關(guān)系，不難求得此平帶電壓：

其中，φB為費(fèi)米電位〈Fermipotential，即材料中費(fèi)米能階到本質(zhì)費(fèi)米能階的電位差〉。就目前MOS使用上的情形來(lái)說(shuō)，(a)、(b)、(c)三種都算常見(jiàn)，而(d)的組合就比較不常見(jiàn)到。至于若是閘極為鋁等金屬而非多晶硅材料時(shí)，基本上求法是一樣的，在此便不畫(huà)出來(lái)加以討論。[注01]通常用來(lái)當(dāng)做閘極的多晶硅皆為重參雜〈heavilydopedpolysilicon〉，因此n型多晶硅的EF或貼近Ec、p型多晶硅的EF會(huì)貼近Ev，在計(jì)算上常以Ec或Ev來(lái)直接表示EF所在的位置。[注02]切記n型基板是用在PMOS，而p型基板是用在NMOS中〈對(duì)增強(qiáng)型組件來(lái)說(shuō)〉。氧化層電荷MOS組件中的閘極氧化層〈oxide〉品質(zhì)好壞，攸關(guān)MOS組件的操作特性。常見(jiàn)的如氧化層的電荷分布情形，不但會(huì)影響到MOS的VT，并使良率及可靠度降低〈電荷的存在將使氧化層的崩潰電壓降低〉。本文將探討氧化層中電荷的種類(lèi)及來(lái)源，和減少其電荷的方法。下圖為氧化層內(nèi)電荷的分布位置圖，主要可分為(1)接口陷捕電荷〈interfacetrapedcharge,Qit〉(2)固定氧化層電荷〈fixedoxidecharge,Qf〉(3)氧化層陷捕電荷〈oxidetrapedcharge,Qot〉(4)可移動(dòng)電荷〈mobilecharge,Qm〉，茲分述于下：

接口陷捕電荷〈interfacetrapedcharge,Qit〉：此為這四種電荷中最主要的部分，分布在Si-SiO2的接口處。主要成因?yàn)镾i晶體的周期性在Si-SiO2接口處消失，因晶格不連續(xù)所造成〈產(chǎn)生所謂的defects〉。接口上的不連續(xù)會(huì)在Si的禁止帶內(nèi)產(chǎn)生能階。此外，接口上的懸浮鍵〈danglingbond〉、Si-Si鍵結(jié)的曲解、Si-O鍵結(jié)的曲解也是產(chǎn)生接口狀態(tài)的原因。低溫下通氫氣退火〈約450度C〉，可以有效中和一部份的接口狀態(tài)。通常氧化速率愈高，接口陷捕電荷也會(huì)愈大。因此以干氧化法成長(zhǎng)氧化層可以得到較小的Qit。對(duì)(100)來(lái)說(shuō)，一般的表面電荷密度大小為1e10(cm-2)。嚴(yán)格地來(lái)說(shuō)，Qit會(huì)隨著閘極電壓的不同而不同，連帶地使VT的變化量隨VGB的不同而不同。固定氧化層電荷〈fixedoxidecharge,Qf〉：也是這四種電荷中最主要的部分，分布在離Si-SiO2接口30A處，帶正電性，大小由氧化過(guò)程決定。顧名思義，此電荷無(wú)法藉由充放電消失或增加〈不像Qit會(huì)隨VGB而變〉。一般接受的成因?yàn)椋?dāng)氧化突然終止時(shí)，在硅和氧化層接口附近的過(guò)多游離化硅〈ionicSi，Si3+〉，因來(lái)不及和氧反應(yīng)形成氧化物所造成的。Qf的大小和基板方向有關(guān)，即一般在<100>方向的表面有比在<111>方向的表面有較少的電荷密度。對(duì)(100)來(lái)說(shuō)，一般的表面電荷密度大小亦為1e10(cm-2)。除此外氧化溫度、退火情形也會(huì)影響到其電荷大小。氧化層陷捕電荷〈oxidetrapedcharge,Qot〉：分布于整個(gè)氧化層，主要由氧化層缺陷〈defects〉所造成的。這些trap通常呈中性，當(dāng)有電子或電洞被引入氧化層時(shí)才會(huì)帶電。因此也會(huì)影響到C-V曲線(xiàn)的位移情形。相關(guān)的缺陷可能由游離輻射或雪崩注入所造成。

Qot可藉由低溫退火〈450~550度C〉的方式加以減少?？梢苿?dòng)電荷〈mobilecharge,Qm〉：堿金屬離子〈alkaliions〉，如鈉〈sodium〉、鉀〈potassium〉，在高溫或高壓的操作之下，可以在氧化層內(nèi)來(lái)回運(yùn)動(dòng)，所以C-V曲線(xiàn)會(huì)有位移的現(xiàn)象產(chǎn)生。在制程時(shí)，除了避免由制程材料、設(shè)備、環(huán)境及處理時(shí)所引入的金屬離子污染外，一些鈉阻障層〈sodiumbarrier〉的使用，如Al2O3、PSG、Si3N4，也可減少可移動(dòng)離子的滲入氧化層。v發(fā)展趨勢(shì)結(jié)構(gòu)與電性參數(shù)趨勢(shì)主要目的制程或組件設(shè)計(jì)上所遭遇的限制與問(wèn)題信道長(zhǎng)度

〈channellength〉縮短1.提高集積密度

2.增加驅(qū)動(dòng)能力1.微影解析能力

2.短信道效應(yīng)

3.逆短信道效應(yīng)信道寬度

〈channelwidth〉縮短1.提高集積密度1.微影解析能力

2.窄信道效應(yīng)

3.逆窄信道效應(yīng)隔離間距

〈isolationspacing〉縮短1.提高集積密度1.微影解析能力

2.淺溝槽蝕刻、充填及平坦化等制程所造成的損害

3.隔離效果閘極介電層厚度

〈gatedielectricthickness〉變薄1.增加驅(qū)動(dòng)能力

2.改善短信道效應(yīng)

3.改善次臨限擺幅〈sub-thresholdswing〉1.漏電流

2.界面特性

3.介電層抗壓能力接面深度

〈junctiondepth〉變淺1.改善短信道效應(yīng)1.寄生電阻

2.參雜物分布側(cè)向陡峭度〈lateralabruptness〉

3.制程熱預(yù)算

〈thermalbudget〉

4.漏電流基板參雜濃度

〈substratedoping〉增加1.改善短信道效應(yīng)1.寄生電容

2.漏電流

3.接面崩潰電壓

4.庫(kù)倫散射率〈Coulombscatteringrate〉增加，影響信道的載子遷移率〈carriermobility〉操作電壓

〈poewrsupply〉降低1.改善短信道效應(yīng)

2.降低姑功率消耗

3.改善熱載子效應(yīng)〈hotcarriereffect〉1.驅(qū)動(dòng)力衰退

2.噪聲免疫力〈noiseimmunity〉衰退臨限電壓

〈threaholdvoltage〉降低1.增加驅(qū)動(dòng)能力1.漏電流v臨限電壓回升FET的制程中，在蝕刻定義出多晶硅閘極后，一般在其兩側(cè)會(huì)加以氧化，以利接下來(lái)的步驟〈因提供較干凈的多晶硅〉。由于Oxidation-enhancedDiffusion〈OED〉的緣故，會(huì)使得閘極邊緣下方的硅產(chǎn)生點(diǎn)缺陷，而因這些點(diǎn)缺陷又會(huì)聚集基板的雜質(zhì)，所以靠閘極兩旁的基板雜質(zhì)濃度較高。在長(zhǎng)信道的情形下，此較高基板濃度的部分所占比例較小，因此效應(yīng)可以忽略不計(jì)。隨著信道長(zhǎng)度的縮減，所占比例增加，甚至?xí)沟谜麄€(gè)信道的基板濃度增加。濃度增加代表臨限電壓的上升，我們稱(chēng)此現(xiàn)象為〝臨限電壓回升〈thresholdvoltagerollup〉〞，如下圖所示。

原本跟信道長(zhǎng)度L無(wú)關(guān)的臨限電壓，在長(zhǎng)度降到某一大小時(shí)，會(huì)突然回升，隨后會(huì)降下去。降下去的部分是短信道效應(yīng)所造成的結(jié)果。

表面可移動(dòng)載子濃度和表面電位的關(guān)系在求MOS電容的相關(guān)特性時(shí)，半導(dǎo)體層表面信道少數(shù)、可移動(dòng)載子濃度大小，一直是相當(dāng)重要的一項(xiàng)參數(shù)，藉由此濃度的多寡，可以知道MOS電容所表現(xiàn)出來(lái)的行為為何，在MOS晶體管中更可用來(lái)求得汲極電流的大小。以下將討論表面載子濃度〈nsurf〉和表面電位〈φsurf〉的關(guān)系。首先我們必須知道一個(gè)參數(shù)，叫做dopingparameter，φB，對(duì)p型半導(dǎo)體基板，可表示如下：

而表面信道少數(shù)載子濃度〈nsurf〉為：

將(1)帶入(2)，可得：

(3)式的結(jié)果以作圖表示，可得下圖：

因此當(dāng)φsurf小于φB時(shí)，nsurf比ni還小，亦即無(wú)信道形成，即所謂的表面空乏；當(dāng)φsurf介于φB和2φB之間時(shí)，nsurf比ni大，進(jìn)入弱反轉(zhuǎn)模式；當(dāng)φsurf大于2φB時(shí)，nsurf快速增加，進(jìn)入所謂的強(qiáng)反轉(zhuǎn)模式。這就是為什幺一般皆假設(shè)一但MOS進(jìn)入強(qiáng)反轉(zhuǎn)區(qū)后，空乏層厚度維持一最大固定值的原因?！匆?yàn)橹灰稽c(diǎn)點(diǎn)的表面電位增加，便能引出大量的少數(shù)載子在表面；而這〝一點(diǎn)點(diǎn)的表面電位增加〞以能帶圖來(lái)看，就是相當(dāng)于極小量的空乏區(qū)厚度變化量?！祐PN接面本文主要探討的是如何用【柏松方程式】〈Poisson'sequation〉來(lái)求得PN接面空乏區(qū)內(nèi)電場(chǎng)及電位的分布情形。首先，我們得先知道雜質(zhì)在半導(dǎo)體內(nèi)的分布情形。通常這取決于制程中離子布植或擴(kuò)散的條件控制。在此討論的是較為簡(jiǎn)單的步階〈step，也稱(chēng)突立，abrupt〉接面，其濃度分布如下圖所示：

其中，n型半導(dǎo)體的濃度為ND，p型為NA〈即A=qND、B=-qNA〉。假設(shè)此接面是處于沒(méi)有外加偏壓的平衡狀態(tài)，又假設(shè)此接面〝【空乏近似】〞假設(shè)成立，因此空乏區(qū)中電荷的分布將如圖(a)所示。再根據(jù)【柏松方程式】，可得：

......(1)又因?yàn)橐獫M(mǎn)足電荷中性的原則，所以：

......(2)若給定電場(chǎng)邊界條件為：

......(3)由(1)、(3)可得：

......(4)其中，

......(5)其電場(chǎng)的分布就如圖(b)所示，且C=Em。

此外，再由(4)可得〈假設(shè)p型半導(dǎo)體中性區(qū)的電位為零〉電位的分布，如圖(c)。D點(diǎn)的高度即是所謂的內(nèi)建電位〈build-involtage〉：

......(6)等號(hào)右側(cè)第一項(xiàng)等于圖(c)中DE距離，第二項(xiàng)等于E得高度。同時(shí)又可得知空乏區(qū)的寬度W為〈利用(2)及(6)〉：

......(7)

由(7)可知，在單側(cè)陡接面的情形時(shí)〈假設(shè)為N+P〉：

........(8)所以當(dāng)接面一邊為重參雜〈heavilydoped〉時(shí)，空乏區(qū)的寬度為低參雜側(cè)所決定。運(yùn)用到(7)，同樣可得內(nèi)建電壓也是同樣地由低參雜側(cè)所決定。為什幺多用npn？

雙極晶體管可分為pnp及npn兩種，但一般常見(jiàn)的卻是npn。主要原因是因?yàn)殡娮拥囊苿?dòng)率一般都來(lái)得比電洞大，所以在npn型base中的少數(shù)載子〈電子〉會(huì)比在pnp型中的少數(shù)載子〈電洞〉速度來(lái)的快，在相同的組件尺寸下，npn可以達(dá)到較高頻的操作。另外一個(gè)原因則是ptype的dopantsource只有硼〈B〉，而硼的擴(kuò)散系數(shù)和ntype的dopantsource磷〈P〉大小差不多，都比其它的ntypedopantsource，如砷〈As〉、銻〈Sb〉，來(lái)得大。而pnp中emitter之參雜需要比較不深入芯片表面的ptypedopantsource，利用雙重?cái)U(kuò)散技術(shù)時(shí)，難以用擴(kuò)散系數(shù)高的硼來(lái)完成。反觀npn，硼可以比emitter的dopant，砷或銻，更深入芯片表面，形成垂直的intrinsicnpn結(jié)構(gòu)。v解析解和數(shù)值解在解組件特性相關(guān)的方程式時(shí)，大多數(shù)的時(shí)候都要去解偏微分或積分式，才能求得其正確的解。依照求解方法的不同，可以分成以下兩類(lèi)：1.解析解：所謂的解析解是一種包含分式、三角函數(shù)、指數(shù)、對(duì)數(shù)甚至無(wú)限級(jí)數(shù)等基本函數(shù)的解的形式。用來(lái)求得解析解的方法稱(chēng)為解析法〈analytictechniques、analyticmethods〉，解析法即是常見(jiàn)的微積分技巧，例如分離變量法等。

解析解為一封閉形式〈closed-form〉的函數(shù)，因此對(duì)任一獨(dú)立變量，我們皆可將其帶入解析函數(shù)求得正確的相依變量。2.數(shù)值解：當(dāng)無(wú)法藉由微積分技巧求得解析解時(shí)，這時(shí)便只能利用數(shù)值分析的方式來(lái)求得其數(shù)值解了。數(shù)值方法變成了求解過(guò)程重要的媒介。在數(shù)值分析的過(guò)程中，首先會(huì)將原方程式加以簡(jiǎn)化，以利后來(lái)的數(shù)值分析。例如，會(huì)先將微分符號(hào)改為差分符號(hào)等。然后再用傳統(tǒng)的代數(shù)方法將原方程式改寫(xiě)成另一方便求解的形式。這時(shí)的求解步驟就是將一獨(dú)立變量帶入，求得相依變量的近似解。因此利用此方法所求得的相依變量為一個(gè)個(gè)分離的數(shù)值〈discretevalues〉，不似解析解為一連續(xù)的分布，而且因?yàn)榻?jīng)過(guò)上述簡(jiǎn)化的動(dòng)作，所以可以想見(jiàn)正確性將不如解析法來(lái)的好。游離輻射游離輻射一詞偶爾會(huì)在半導(dǎo)體相關(guān)書(shū)籍出現(xiàn)，現(xiàn)簡(jiǎn)要說(shuō)明于下。眾所皆知的，輻射是一種能量形式，存在于我們的日常生活中。原子是由帶正電荷的原子核和帶負(fù)電荷的電子所組成的。電子和原子核間靠著所謂的束縛能〈bindingenergy〉，使得電子不會(huì)脫離原子而成為自由電子。當(dāng)電子由輻射所獲得的能量只能讓電子再原本的軌道上震動(dòng)或是跑到能量較高的軌道時(shí)〈即激發(fā)〉，我們稱(chēng)此種輻射為非游離輻射〈non-ionizingradiation〉。當(dāng)電子游輻射所獲得的能量大到能讓電子擺脫原子核的束縛〈即輻射能量至少等于束縛能〉時(shí)，電子將可完全不受原子核的約束，成為自由電子。我們稱(chēng)這種輻射為游離輻射〈ionizingradiation〉。由以上的說(shuō)明可知，非游離輻射和游離輻射最大的差別，在于兩者的能量不同。游離輻射的能量較非游離輻射來(lái)的高。以一般的分界而言，能量高于10keV者稱(chēng)為游離輻射，低于10keV者稱(chēng)為非游離輻射。也由于游離輻射的存在，正負(fù)接面在反向偏壓的情形下還能在空乏區(qū)中提供少數(shù)載子，形成所謂的反向漏電流〈reverseleakagecurrent〉。

歸納法和演繹法科學(xué)書(shū)籍在討論一科學(xué)現(xiàn)象時(shí)，常用到的方法不外乎是歸納法和演繹法。然而什幺是歸納法、什幺飾演繹法？可能大家就不清楚了。反正結(jié)果知道就好了，又何必管他是用什幺方法？非也、非也！雖說(shuō)對(duì)于一般學(xué)生而言，這兩種方法也許是沒(méi)什幺感覺(jué)，然而對(duì)于科學(xué)的發(fā)展過(guò)程而言，兩者皆有其舉足輕重的角色存在。所謂的歸納法〈inducti