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115/08/06【淺談基礎科學於半導體領域之應用與材料&元件實驗】

今天是本次暑期半導體營隊活動第三天,於工程三館一樓及相關實驗室進行一場針對半導體製程與元件原理的深度探究。早上葉昭輝教授與專業助教團隊主講與帶領,帶領學生跳脫生硬的理論,以「微影蝕刻製程與電晶體原理」為主題,深入探討半導體科技背後的物理與化學機制。
活動一開始,葉教授先以「雕刻」的概念來比喻半導體晶片的薄膜堆疊與蝕刻製程,破除單純疊加的迷思。接著詳細介紹「正光阻」的特性,說明光阻受光照後化學鍵斷裂,進而在顯影液中洗去留下孔洞。隨後帶入蝕刻技術,講解未受保護的半導體材料如何送入低壓(約 2.9x10-2)真空環境,通入氧氣並施加電壓產生電漿,進行約 12 秒的破壞與去除,同時也引導學生認識避免元件互相干擾的「隔離(Isolation)」步驟。接著助教以「水龍頭」作為生動的比喻出題,引導學生認識主動元件(MOSFET 電晶體)的原理。有別於被動元件,電晶體具備三個腳位,其金屬、氧化物與半導體的三層結構,能透過在閘極施加電壓引導電荷形成通道,進而控制電流大小,成為處理「0 與 1」訊號的核心。
課程中葉老師也適時補充交流電(AC)與直流電(DC)的差異,並利用「電漿球」展示氣體放電原理,讓學生觀察氣體分子游離後重新結合時,能量以不同顏色光芒釋放的絢麗現象。隨後,助教將學生進行分組,帶領參與者實地參訪工程三館一樓較為昂貴的曝光機台、真空製造與電漿製作設備。在此環節中,特別強調機台操作的安全規範,提醒學生電漿產生的光線含有害電磁波,必須透過觀察窗上的網狀保護層過濾,嚴禁在無濾網保護下直視光源。
下午課程時,由葉昭輝教授親自針對實驗室製程進行說明。葉教授首先介紹實驗室內的三項核心技術:「光學微影」的圖案轉移、「乾式蝕刻」的電漿系統應用,以及製作金屬電極的「金屬蒸鍍」設備。在下午行程規劃上,葉教授特別提醒由於金屬蒸鍍機台抽真空耗時較長,超過三點半參訪時抽真空時間過久,學生在了解基本運作原理後即可先行離開,未完成步驟將由實驗室團隊接手了。透過老師與助教們生動的比喻與日常難得見到的實際機台參訪,讓同學在暑假中度過知性而有意義的一天。
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