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115/08/07【淺談基礎科學於半導體領域之應用與材料&元件實驗DAY4】

今天是半導體應用營隊最後的一天,葉教授先預告上午會先進行數位與類比邏輯訊號的基礎教學,下午則會帶領學生們前往二樓的電子實驗室進行電路板的實作演練。
活動中,葉教授首先以製作麵包需要品嚐與檢驗原料作為比喻,向學生們說明在半導體元件製程中,一開始就確認基底材料品質的必要性。他進一步解釋,由於半導體材料屬於奈米等級的微觀世界,無法僅憑肉眼或一般顯微鏡進行精確觀察,因此需要透過給予特定的「刺激」或「能量」,例如雷射光,來觀察材料內部的電子反應。為了讓學生更容易理解,葉教授生動地利用「直升機跨越大小峽谷」的譬喻,解釋電子吸收能量後躍遷至激發態,以及隨後又傾向回到最穩定基態的物理現象。
接著,助教們介紹了兩種重要的非破壞性光學檢測技術:光致發光(PL,螢光技術)與拉曼光譜。光致發光技術是利用特定波長的雷射光激發材料,並透過收集電子落回基態時所釋放出的光子訊號,來獲取有如材料「身分證」般的特性資訊,藉此判斷半導體的能隙與品質是否符合特定電子元件的應用需求。而拉曼光譜則是藉由觀察光子與晶格震動之間的能量轉換與散射現象,來進一步辨識物質的內部結構。講解過程中,講者也將原子之間的作用力比喻為「彈簧」,幫助學生理解晶格震動與材料結構之間的關係。
下午的活動中,學員們分成三人一組,依著助教們畫出的電路圖,使用串聯與並聯的方式,把電容、電阻等電子元件組成電路。實作過程中,學員需要仔細確認每個電子元件的位置,以及麵包板內部的導通結構,並依照電路圖完成接線。完成電路後,再使用示波器測量電路板的訊號與狀態,確認電路是否有短路以及是否能夠正常運作。
在實作過程中,學員們也進行了接電線的趣味競賽,需要在有限時間內仔細辨認每條電線的位置,並將電路正確連接。活動除了考驗學員對電路圖的理解,也考驗細心程度、反應速度與團隊合作能力。當電路成功導通時,學員們也能透過實際操作看到原本在課堂中學習的電路原理實際運作。
今天的課程從數位與類比邏輯訊號、半導體材料檢測,一路延伸到電子電路的實際操作。透過光致發光、拉曼光譜等非破壞性檢測技術,以及下午的電路板實作,讓學員將這幾天所接觸到的半導體相關知識做進一步的連結,也為這次半導體應用營隊的課程畫下完整的句點。
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