115/08/04【淺談基礎科學於半導體領域之應用與材料&元件實驗】
115年08月04日在台達館R216教室辦理淺談基礎科學於半導體領域之應用與材料&元件實驗課程,由本校電機系葉昭輝副教授主講。活動由主任以宏觀的全球經濟體開始介紹。主任首先從台灣在全球半導體產業中過人的市值中切入,具體且深刻地向學生們點出半導體產業對於台灣經濟發展與全球科技命脈舉足輕重的關鍵地位。隨後,透過台灣與世界各國股市的橫向數據比較,深入淺出地分析了台灣在國際經濟局勢中的定位與實力。
在建立宏觀的產業認知後,主任詳細介紹了電機工程學系的核心研究領域與日常工作範疇,並前瞻性地淺談半導體技術在現代科技中的多元應用。最後,主任結合自身豐富的人生經歷與生動的國外案例,激發了學生們對於未來職涯發展與學術探索的濃厚興趣。
緊接著,講師帶領學生們走入半導體元件的微觀物理世界。課程從最基礎的物理性質切入,清晰地對比了導體、半導體與絕緣體在能隙(Band Gap)、實際使用方法與應用場景上的本質差異。隨後,講師深入探討電晶體操控電流的核心原理與背後原因,並輔以電流-電壓(I-V)特性曲線圖進行精闢的解說。
在談及材料選擇時,講師從矽(Silicon)的天然來源及其獨特的晶體排列方式切入,並透過實體模型的傳遞與講解,讓學生深刻理解為何矽會成為半導體工業的中流砥柱及其無可替代的優勢。然而,隨著元件尺寸持續微縮至奈米級,傳統的平面與3D結構 MOSFET 開始面臨嚴峻的物理極限,例如量子效應導致的漏電流增加與電流難以精準控制等問題。為此,講師進一步引介了前瞻的二維(2D)材料,說明其如何透過降低漏電流來突破效能瓶頸,並藉由實際的電流電壓圖,細緻拆解其中的物理細節。
隨後,講師透過一段由 AI 人工智慧創作的音樂作為開場,藉由提問迅速聚焦學員們的注意力。老師利用精細的晶體模型,直觀地解釋了電晶體微觀結構的奧妙,並逐一剖析各類晶體結構的獨特之處。在基礎科學的鋪陳上,講師從原子鍵結的底層原理出發,生動講述原子間如何透過凡德瓦力(Van der Waals force)、離子鍵(Ionic bond)以及金屬鍵(Metallic bond)等作用力進行鍵結,並呈現其細微的空間幾何形狀。最後,講師深入說明如何透過摻雜等方式引入特定電子,使原本純淨的半導體轉變為 N 型半導體與 P 型半導體,為學員奠定了扎實的底層運作邏輯。
活動尾聲,助教首先為前面的課程進行全面且清晰的回顧,透過邏輯嚴密的總結,幫助學生梳理教授與講師們所傳授的核心知識。接著,助教特別補充了二維材料的發展歷史與其劃時代的偉大意義,並前瞻性地展望二維材料在未來技術升級後的無限應用可能。
為了讓學習從理論走向實踐,助教帶領學員們分組進行動手實作,透過親身體驗來具體理解材料微觀排列的奧妙。活動的最後將複雜繁複的積體電路(IC)巧妙地比喻為一座運作井然有序、分工精細的現代化城市,讓學員更清楚積體電路的實體。
在建立宏觀的產業認知後,主任詳細介紹了電機工程學系的核心研究領域與日常工作範疇,並前瞻性地淺談半導體技術在現代科技中的多元應用。最後,主任結合自身豐富的人生經歷與生動的國外案例,激發了學生們對於未來職涯發展與學術探索的濃厚興趣。
緊接著,講師帶領學生們走入半導體元件的微觀物理世界。課程從最基礎的物理性質切入,清晰地對比了導體、半導體與絕緣體在能隙(Band Gap)、實際使用方法與應用場景上的本質差異。隨後,講師深入探討電晶體操控電流的核心原理與背後原因,並輔以電流-電壓(I-V)特性曲線圖進行精闢的解說。
在談及材料選擇時,講師從矽(Silicon)的天然來源及其獨特的晶體排列方式切入,並透過實體模型的傳遞與講解,讓學生深刻理解為何矽會成為半導體工業的中流砥柱及其無可替代的優勢。然而,隨著元件尺寸持續微縮至奈米級,傳統的平面與3D結構 MOSFET 開始面臨嚴峻的物理極限,例如量子效應導致的漏電流增加與電流難以精準控制等問題。為此,講師進一步引介了前瞻的二維(2D)材料,說明其如何透過降低漏電流來突破效能瓶頸,並藉由實際的電流電壓圖,細緻拆解其中的物理細節。
隨後,講師透過一段由 AI 人工智慧創作的音樂作為開場,藉由提問迅速聚焦學員們的注意力。老師利用精細的晶體模型,直觀地解釋了電晶體微觀結構的奧妙,並逐一剖析各類晶體結構的獨特之處。在基礎科學的鋪陳上,講師從原子鍵結的底層原理出發,生動講述原子間如何透過凡德瓦力(Van der Waals force)、離子鍵(Ionic bond)以及金屬鍵(Metallic bond)等作用力進行鍵結,並呈現其細微的空間幾何形狀。最後,講師深入說明如何透過摻雜等方式引入特定電子,使原本純淨的半導體轉變為 N 型半導體與 P 型半導體,為學員奠定了扎實的底層運作邏輯。
活動尾聲,助教首先為前面的課程進行全面且清晰的回顧,透過邏輯嚴密的總結,幫助學生梳理教授與講師們所傳授的核心知識。接著,助教特別補充了二維材料的發展歷史與其劃時代的偉大意義,並前瞻性地展望二維材料在未來技術升級後的無限應用可能。
為了讓學習從理論走向實踐,助教帶領學員們分組進行動手實作,透過親身體驗來具體理解材料微觀排列的奧妙。活動的最後將複雜繁複的積體電路(IC)巧妙地比喻為一座運作井然有序、分工精細的現代化城市,讓學員更清楚積體電路的實體。