# 半導體材料與元件物理 W1

📅 2024-02-22
instructor: 陳瑞山 老師

# 半導體材料

## 半導體產業上中下游

1. 晶圓代工
台積電、聯電、世界先進

2. 封測
日月光

3. EMS 廠 (早期: 貼模廠 => 代工廠, 自行組裝: 手機、平板、NB)
鴻海、廣達、仁寶、緯創、英業達

## 半導體發展進程

1. 第一代半導體 Si
歐美原始稱呼: "元素半導體"
間接能隙、不發光
以 "矽基" 為主
最便宜
➡️ 代表廠商: 台積電 TSMC
➡️ Apple M2
➡️ 致命傷: 速度太慢 ( l / v = t) => 執行時間長
➡️ 散熱問題 => TSMC 的改良方式: 把通道長度 (l) 縮短
➡️ 沒有比第二代半導體差, 各有各的市場
> 尤其 2019-2021 Samsung 爆出製程造假、交貨延期等事件後
> Apple, Dell 等都給 台積電 代工

2. 第二代半導體 GaAs
GaAs
歐美原始稱呼: "化合物半導體"
直接能隙、會發光
較貴, 特殊應用
應用: 高速電子元件 => 超級電腦
➡️ 代表廠商: Samsung
➡️ 優: 電子漂移速度, mobility 快 => 比較不會產生熱 (少了散熱問題~)
➡️ 製程要求不高的產品、又要求散熱良好，就會用到 GaAs
➡️ 手機晶片、功率法大器
➡️ 應用:【RF 元件】

> 取代真空管
> "冷光" => 發光效率高
> 不像 (基於黑體輻射的) 熱光 (愛迪生, 燈泡) => 發光效率低
>
> 意義上 "第一類、第二類" 較為洽當
> 兩種是同時、平行發展的，第二代並沒有比較先進
> 兩者差別是應用不同

3. 第三代半導體 GaN & SiC
➡️ 很耐熱
➡️ 能隙大, 能扛的住較大的崩潰電壓
➡️ 早期應用:【射頻元件 (只要聽到 "射頻" 就代表 "手機用")】
➡️ 現代應用 (2020 開始):【5G、大數據、AI】
> 造價成本很高
> 通常只有【行動基地台】會需要用到

4. 第四代半導體 Ga2O3 (氧化鎵)
➡️ 超大能隙, 接近鑽石(能隙: 6 EV)

## 小故事
兩兆雙星: DRAM (南亞科、旺宏、華邦電、茂矽) & DISC (光碟片)
光電所、電機電子學系陸續開設
> 晶圓五虎
> 面板五虎 (友達、群創、彩晶、瀚宇博、華映)
> 華映: 中華映像管, 技術: 陰極射線館

## 第二代半導體 - 產業應用
全新、精元
早期用 第二代半導體 做【LED 元件】
但隨著技術普及、產能過剩，毛利逐漸下降

## 第二代半導體 - 照明應用
諾貝爾獎得主 XX 發明 W-LED (白光 LED)
➡️ 現代用途: 白光燈管
> 火 (蠟燭) => (愛迪生) 電燈泡 => W-LED 白光燈管

## 重點速覽
Si => Apple M2 (屬於 CPU)
GaAs => 通訊晶片 (微波 in => 微波 out)

## 名詞介紹 (未來課程會教到)
高電子漂移率電晶體
手機衛星定位

199X: 次微米 (幾百奈米) 製程
2004; 個位數奈米製程