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1. 半導體
Semiconductor

2. 半導體產品

3. 絕緣體 半導體 導體 超導體
「導」：導電

4. 元素週期表

5. 半導體世代
世代 主要材料 主要應用
第一代 半導體 矽(Si)
鍺(Ge)
微電子產業
資訊產業
第二代 半導體 砷化鎵(GaAs)
磷化銦(InP)
通訊產業
照明產業
第三代 半導體 碳化矽(SiC)
氮化鎵(GaN)
高壓功率元件
高頻通訊元件

6. 電從哪裡來?
原子核
+1
電子
原子核
+4
電子
原子：
質子
中子
電子

7. 價電子
共價鍵
自由電子
電洞 +

8. 矽(Si14)
P型半導體 N型半導體
4 3 4 5
電洞+ 自由電子
Si
參雜硼(B5) 參雜磷(P15)

9. PN半導體
P型半導體 N型半導體
空乏區

10. 金氧半場效電晶體 (MOSFET)
Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor

11. 關：0
開：1
金氧半場效電晶體 (MOSFET)
Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor
源極
S
閘極
G
汲極
D
源極
閘極
汲極

12. 晶片
可包含 1,000,000,000 個電晶體
(100奈米)
(20奈米)
(1奈米=0.000000001米)
原子: 0.1奈米

13. 如何製造電晶體?
沙
多晶矽
99.999999999%純度
提煉矽

14. 長晶

15. 晶圓(Wafer)

16. IC 設計
晶片製造

17. 從電晶體到電路板

18. 摩爾定律(Moore’s Law)
每18個月IC性能提升一倍 (容納電晶體數目倍增)

19. 電晶體發明者(1947年)
威廉·蕭克利 約翰·巴丁 沃爾特·布喇頓
(William Shockley) (John Bardeen) (Walter Brattain)
獲1956年諾貝爾物理獎

20. 積體電路
(Integrated
Circuit, IC)
高登．摩爾
(Gordon Moore)

21. 摩爾定律(Moore’s Law)
每18個月IC性能提升一倍
(容納電晶體數目倍增、運算能力倍增)

22. 線寬

23. 穿隧效應 (Tunnel Effect)

24. FinFET
增加閘極和通道的接觸面積，使閘極的控制能力增強
閘極
通道

25. Gate-All-Around (GAA) &
Multi-Bridge Channel (MBC)

26. 半導體戰場

27. 半導體的終極目標

28. 積體電路
Integrated Circuit (IC)

29. 半導體先修班

30. 積體電路先修班

31. 積體電路 = IC = 晶片=Chip
IC
電晶體的組合

32. 積體電路種類
種類 電晶體數目
小型積體電路 SmallScaleIntegration(SSI) 10~100
中型積體電路 MediumScaleIntegration(MSI) 100~1000
大型積體電路 LargeScaleIntegration(LSI) 1000~100000
超大型積體電路 VeryLargeScaleIntegration(VLSI) >100000
目前VLSI >1 百億

33. 晶片製造
IC 設計

34. 如果想要蓋一座晶圓廠，要花多少錢?
(A) 一億台幣
(B) 五億台幣
(C) 十億台幣
(D) 三十億台幣
(E) 不用錢，因為只是「想」而已

35. IC設計

36. 規格製定

37. 架構設計
iPhone 10 A12

38. 邏輯設計

39. 邏輯設計

40. 佈局與佈線

41. 下線製造

42. 晶圓加工
單晶矽晶圓 密布電路的晶圓

43. 鋪、刻、摻
摻入離子
鋪 刻

44. 如何將非常複雜的電路印上去晶圓上?

48. 堆疊

49. 如何擠入1百億個電晶體?

50. (1百億個電晶體 )
6750萬倍縮小
1百億倍縮小

51. 透鏡
微影光刻
波長193奈米
65奈米的線寬極限!

52. 透鏡
微影光刻
波長193奈米
65奈米的線寬極限!
光的繞射現象

53. 浸潤式微影光刻
透鏡
波長193奈米
水
波長
193 / 1.44
= 134奈米
65奈米的線寬極限!
45
台
積
電
前
研
發
副
總
經
理
林
本
堅
院
士

55. 光刻機(Lithography Machine)
13.5奈米波長的極紫外光(Extreme Ultraviolet, EUV)
約 4 億美元 (118 億元)

56. 極紫外光(Extreme Ultraviolet, EUV)

57. ASML的關鍵零件：蔡司鏡片

58. 不需供電的「射頻識別(RFID)晶片」
頻率 應用 使用範圍
低頻 (9-135KHz) 寵物管理、門禁系統 < 1.5 m
高頻 (13.56MHz) 圖書管理、辨別證  1.5 m
超高頻 (300-1200MHz) 工廠物料清點系統 > 3 m
微波 (2.45或5.8GHz) 公路收費系統 > 5 m

59. 世界最小的單晶片系統
“Application of a sub–0.1-mm3
implantable mote for in vivo real-
time wireless temperature sensing”,
Science Advances, May 2021.
採用「超聲波」通訊
由超聲波取得能源，並轉化成電力。

60. 世界最小的單晶片系統
量測體內生理資訊