CHAPTER 1 半導體的歷史回顧

• 半導體簡介與歷史演進



CHAPTER 2 半導體的材料與結構特性

一、半導體的材料

(一) 元素半導體與化合物半導體

(二) 奈米半導體

二、半導體的結構

(一) 晶體和非晶體─原子之大家族

(二) 晶面和晶向─米勒指數

(三) 金剛石結構（diamond lattice）和閃鋅礦結構（zincblende lattice）

(四) Ⅲ-Ⅴ族GaAs之結構分析與界面態模型



CHAPTER 3 半導體的電子結構與能隙理論

一、能隙的形成

二、 金屬、絕緣體、半導體與費米能級（Fermi level）

三、 本質（intrinsic）半導體與雜質（extrinsic）半導體—雜質摻雜的影響

(一) 電洞（Holes）的概念與有效質量的意義

四、 有效質量可由實驗上測得─迴旋加速器共振法（cyclotron resonance）

(一) 本質半導體和雜質半導體的差別



CHAPTER 4 半導體中載流子在電場與磁場中的傳輸行為

一、電阻產生的原因

(一) 晶格振動所致之載流子散射

(二) 雜質所導致的載流子散射

(三) 捕獲與再結合中心（trap and recombination center）

二、電阻的量測

(一) 定電流測電壓方法

(二) 單臂惠斯通電橋方法

(三) 雙臂惠斯通電橋方法

(四) 開爾文四線連接測試技術

(五) 四點探針量測法

三、 載流子在磁場中的作用—霍爾效應（Hall effect）



CHAPTER 5 半導體的光學性質與光電效應

一、半導體的光電現象

(一) 半導體的光吸收

(二) 反射率和透射率

二、本質吸收（intrinsic absorption）

(一) 直接躍遷

(二) 間接躍遷

三、其他吸收

(一) 激子吸收

(二) 自由載子的吸收

(三) 雜質的吸收

(四) 晶格振動吸收

四、半導體的光電導

(一) 光電導的現象

五、半導體的光生伏特效應

(一) 光生伏特效應

(二) 光電池與太陽光電池



CHAPTER 6 半導體的同質結、異質結及MOS結構

一、非平衡載流子

(一) 非平衡載流子的復合與生命期τ

(二) 非平衡載流子的擴散與漂移

二、同質結—p-n結（p-n Junction）

(一) 平衡時的p-n結位能障

(二) p-n結的順向偏壓

(三) p-n結的逆向抽取

(四) p-n結的整流作用（rectification）與載流子之注入（injection）

(五) p-n結的電容

(六) p-n結的擊穿（break down）及隧道結

三、異質結（heterogeneous junction）

四、 MOS結構（Metal-Oxide-Semiconductor Structure）

(一) 理想的MOS結構的電容－電壓特性



CHAPTER 7 非晶型半導體

一、非晶型物質

二、非晶型物質的基本能隙模型

三、非晶型物質在半導體元件上的應用

(一) 摻雜的效應

(二) 直流電導

(三) 非晶態半導體中的缺陷



CHAPTER 8 半導體的表面、界面與多層結構

一、半導體表面結構

(一) 表面弛豫（surface relaxation）

(二) 表面重構（surface reconstruction）

(三) 台階表面（stepped surface）

(四) 吸附表面

二、金屬與半導體界面

(一) 蕭特基位能障的原因

(二) 歐姆接觸（Ohmic contact）

三、矽與二氧化矽界面

四、半導體常見的吸附

五、半導體的多層結構—超晶格

(一) 超晶格的結構與物理功能

(二) 超晶格和量子阱材料的應用



CHAPTER 9 半導體長晶與薄膜製程

一、晶體成長製程

(一) 半導體晶體生長的方法

(二) 區域精煉與浮區成長（Zone refining, floating zone）

二、半導體薄膜的製程方法

(一) 真空蒸發鍍膜法（即物理氣相沉積法，Physical vapor deposition, PVD）

(二) 特殊蒸發法─幾種比較便宜的方法

(三) 濺射鍍膜法（sputtering）

(四) 化學氣相沉積法（CVD）



CHAPTER 10 半導體元件製程

一、前言

二、氧化物的形成

(一) 二氧化矽的結構與性質

(二) 氧化的方法

(三) 熱氧化速率的因素

(四) 在元件上的作用

三、摻雜

(一) 熱擴散

(二) 熱擴散的方法

(三) 離子注入法

四、光微影技術（photolithography）

(一) 圖形轉移

(二) 圖形刻蝕



APPENDIX 練功房解答



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序



　　本書以有系統的方式，深入淺出地介紹目前半導體歷史回顧、物理及元件物理與製程整合所必須具備的基礎理論、重要觀念與方法、以及先進製造技術特別是奈米材料在最近發展快速之後，半導體的應用更加朝向奈米級的應用。內容可分為十個章節：第一至第五章涵蓋目前主流半導體元件基本特性、包括了材料、結構、電磁場中的傳輸行為、以及光電特性。第六至第八章探討現代與先進的元件物理之原理及相關應用、包括了MOS結構、非晶型半導體、以及半導體多層結構。第九至第十章則討論以半導體元件為主的相關半導體製程與應用，包括了半導體長晶、長膜、以及元件製程。由於強調基本物理觀念與實用並重，且對於重要的觀念或關鍵技術均會清楚地交代，並盡可能以「雷達報報站」的補充解釋來幫助讀者理解與想像，以期收事半功倍之效。



　　本書宗旨主要是提供讀者在半導體製造工程上建立更完整的元件物理基礎上，進一步地介紹最新半導體元件的物理原理與其製程技術。它除了可作為電機電子工程、系統工程、應用物理、與材料工程領域的大學部高年級學生或研究生的教材，也可以作為半導體業界工程師的重要參考。適合基礎理工、電子訊息、半導體相關科系學生學習的教科用書，也可提供相關從業人員參考進修之用。



　　本書內容足以提供連續兩學期的半導體元件物理與製程技術的課程。若是一個一學期的課程，則教師可以使用第一章至第五章的內容來講授半導體基礎元件物理；下半學期可以使用第六章至第十章的內容來講授現代半導體元件的應用與製程技術。

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