半導體

晶圓 (Wafer)

晶圓  (Wafer)
國立台南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

在微電子學領域中,晶圓是指一片由半導材料製作而成的薄片,所謂的半導材料例如矽silicon晶體等。利用摻入雜質doping (例如使用擴散diffusion或離子佈植ion implantation)、化學性的蝕刻chemical etching、以及加各種材料的堆積deposition等方法,可以在晶圓上製作微型電路。所以半導體的製造過程中,例如製作積體電路,晶圓的製作無 疑是其中非常重要的一環。

微電子學(Microelectronics)

微電子學(Microelectronics)
國立台南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

“Microelectronics”是一個電子學的分支,顧名思義,這個學科的主要研究重點在於非常微小的電子零件相關製造和性質有關。這些電子零件的 製造方法,皆是由一種已廣為人知的半導體製程,稱為「照相平版印刷法」photolithography所製造一般電子設計中可以製造的零件,絕大部分可 以在微電子學中找出與其相對應的元件,其中包含有:電晶體transistors、電容器capacitors、電感inductors、電阻 resistors、二極體diodes,相當然爾地,也可以在微電子學中找出和絕緣體insulators及導體conductors相同功能的元件。

積體電路(Integrated Circuit)

積體電路(Integrated Circuit)
國立台南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

在電子學領域中,積體電路Integrated circuit (或稱為IC、微型電路microcircuit、微晶片microchip、矽晶片silicon chip或晶片chip)是在一片輕薄的半導體semiconductor材料的基底substrate表面上,製作的微型化電子電路(主要由半導體元件 與被動零件passive components組成)。

半導體雷射(Semiconductor Laser)

半導體雷射(Semiconductor Laser
國立彰化師範大學光電科技研究所張淑貞碩士生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

由於半導體雷射為現今科技實際應用的重要光電元件,像是在光纖通信、雷射列印、高密度光儲存、條碼掃瞄等皆需要應用到半導體雷射,還有其他包含顯示、娛樂、軍事、照明、生醫等方面也是需要用到半導體雷射,因此半導體雷射的發展成為現今最重要的光電元件之一。目前半導體雷射發光波長包含了藍紫外光、可見光、近紅外光和遠紅外光的範圍。此外,頻譜兩端的範圍也是半導體雷射發光波長的研究方向,往更短的紫外光波長以及進入兆赫波的範圍。

雷射基本上由四大部分組成。(1)增益介質:具有將在此介質中傳播的電磁波強度放大功能;(2)光學共振腔:提供電磁波回饋的機制以儲存能量;(3)增益介質的泵浦系統:提供能量給增益介質,使增益介質具有放大波強度的能力;(4)輸出耦合:將光學共振腔中的雷射光輸出到共振腔外,形成可以用來利用的雷射光。

二極體 (Diode)

二極體 (Diode
高雄市立高雄高級中學物理科盧政良老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

電子元件當中,二極體是一種具有兩個(也只有兩個)電極的裝置(除了熱游離二極體thermionic diodes可能還會多一到兩條加熱用的輔助端)。二極體有兩個主要的電極可以使想要的訊號通過,大部分的使用上是應用其整流的功能。而變容二極體varicap diode則用來當作電子式的可調電容器。

大部分二極體所具備的電流方向性我們通常稱之為「整流rectifying」 功能。二極體最普遍的功能就是只允許電流由單一方向通過(稱為順向偏壓),反向時阻斷 (稱為逆向偏壓)。因此,二極體可以想成電子版的逆止閥。然而實際上二極體並不會表現出如此完美的開與關的方向性,而是較為複雜的非線性電子特徵-這是由 特定類型的二極體技術決定的。二極體使用上除了用做開關的方式之外還有很多其他的功能。

磁性半導體(Ferromagnetic Semiconductor)

磁性半導體(Ferromagnetic Semiconductor)
國立彰化師範大學物理所陳建淼研究生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

首先,先簡略介紹半導體的概念:半導體物質為介於導體與非導體間之物質,其導電性在導體與絕緣體之間,並隨溫度而增加。半導體最常利用矽當作半導體材料,因為純矽本身導電性低,故需加入特定雜質來增加導電性,常用的雜質有V A族,價電子數為5,所以可大量增加電子數目,而產生n型半導體;如果用III A族,價電子數為3,則大量增加電洞數目,而產生 p 型半導體。

海恩斯-蕭克萊實驗(Haynes-Shockley Experiment)

海恩斯-蕭克萊實驗(Haynes-Shockley Experiment)
國立彰化師範大學光電科技研究所張淑貞碩士生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

在1951年首度由貝爾電話公司實驗室的J.R. Haynes和W. Shockley完成了一項半導體的經典實驗,呈現出少數載子的漂移和擴散。這項實驗可以分別量出少數載子移動率μ和擴散係數D。

金氧半場效應電晶體(MOS Field-Effect Transistor. MOSFET)

金氧半場效應電晶體(MOS Field-Effect Transistor. MOSFET)
國立彰化師範大學光電科技研究所張淑貞碩士生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

被廣泛使用的電子元件,像是用在數位積體電路上,就是金屬-絕緣-半導體電晶體。此元件通道的電流是由閘極電壓透過絕緣層來控制通道的電荷數,但由於大部分此類元件都採用Si為半導體,SiO2為絕緣層,及金屬或是高摻雜的多晶矽為閘極,因此通稱此元件為金氧半場效應電晶體(MOSFET)。

有機發光二極體 (Organic Light-Emitting Diodes)

有機發光二極體 (Organic Light-Emitting Diodes)
國立彰化師範大學光電科技研究所張淑貞碩士生/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

有機發光二極體(organic light-emitting diodes, OLED)中最簡單的構造就是將發光層(即有機材料)夾在兩個電極之間,像三明治形狀,而基板為與發光機制無關的玻璃,是用來當支撐的。此結構與發光二極體(Light-Emitting Diode, LED)的結構很像,LED一般結構為陽極n型半導體、活性層、p型半導體陰極。

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