半导体之科技浅谈.PDF

篇名 半 導 體 之 科 技 淺 談 作者 陳明喨。高雄縣中山工商 。綜合高中 。二年6 班 半導體之科技淺談 壹●前言 隨著科技的資訊產業蓬勃發展 ，近年來科技產品日漸進步 ，半導體就是一個讓科 技進步的關鍵，現在的產品大多都朝著處理快、容量大、體積小、傳輸快速...等等 ， 這方面去發展 ，所以讓半導體有更多能發揮的空間 ；半導體能跟很多科技結合 ， 所以半導體是不可或缺的一個關鍵 。半導體材料與元件是電機 、電子 、光電 、材 料或物理 、化工等科技人才探索電子尖端科技所必須具備的最重要知識。在IC 及 相關的電子零組件工業 ，此知識對缺失改進的提高 ，扮演著關鍵的角色 。 貳●正文 一 ‧半導體 半導體是指一種導電性可受控制 ，而導電性範圍是介於絕緣體至導體之間的一種 電子材料 ，例如：矽 ，它有四個價電子 ，它的摻雜物有三價和五價的元素。摻雜 進入半導體的雜質濃度越高 ，半導體也可能會表現出如同金屬導體般的電性。 二 ‧半導體材料 常見的半導體材料有矽、鍺、砷化鎵等 ，半導體的組成有可能是單一元素 ，例如： 矽 ，也可能是兩種或是多種元素的化合物 （compound ），常見的化合物半導體有砷 化鎵（GaAs ）或是磷化鋁銦鎵 （AlGaInP ）。合金是半導體材料的來源之一，如矽 鍺 （SiGe ）或是砷化鎵鋁 （AlGaAs ）等 。 三 ‧二氧化鈦光觸媒 二氧化鈦 （TiO2 ）是最先被注意到的半導體光觸媒 ，相關的研究結果也已大量發 表在學術期刊上 。二氧化鈦等半導體材料 ，經過光照射 、吸收光子以後 ，在晶體 中產生電子和電洞。這些電子和電洞 ，如果能在重新結合以前移動到晶體表面 ， 電子會成為強還原劑 ，而電洞會成為強氧化劑 ，使半導體材料變成光觸媒。近年 來 ，因為奈米顆粒製造的技術進步神速 ，二氧化鈦顆粒可以小到奈米級 ，電子與 電洞和表面間的距離變短 ，移動到表面的機會變得更大 ，所以催化性也更強 ，這 也是近年來半導體光觸媒受到注意的原因 。『在日本 ，科學家利用二氧化鈦光觸媒 開發了空氣淨化的產品。讓奈米級的二氧化鈦顆粒或薄膜受到適當的光照射 ，可 以氧化分解沙拉油的油煙 、惡臭的醛類化合物等空氣中的污染物 。把二氧化鈦觸 媒顆粒或薄膜附著在濾布上 ，並裝置在空調機或電風扇的出風口 ，再裝一盞紫外 線燈 ，就變成了光觸媒空氣清淨機 。』【註一】奈米級的二氧化鈦粉末或薄膜 ，可 - 1 - 半導體之科技淺談 以散布或塗布在磁磚或玻璃的表面上 ，在自然光或燈光的照射下 ，分解空氣中的 惡臭及有害物質 ，使起居室、廚房等處的空氣變得更清新 。在適當的光照射下 ， 奈米級的二氧化鈦薄膜除了具有分解雜質的性能以外 ，也具有親水性 。塗在火車 廂或汽車的外壁 ，會吸附空氣中的水產生水膜，讓車廂容易清洗 ，可以減少洗車 的次數 ，如下圖(一) 。 圖(一) 汽車外部噴上一層薄薄的二氧化鈦 （資料來源 ：陳陵援(2006) 。半導體光觸媒 。科學發展 ，400 期 ，61 頁 。檢索於 .tw/_newfiles/popular_science.asp?add_year=2006popsc_aid=44 ） 四‧化學品的合成 要使光觸媒技術能對產業界產生重大的影響 ，應該更積極地開發以光觸媒生產化 學品的技術 。到現今 ，這些技術在某些應用上已經有一些成果 。在本文中 ，將以 利用太陽能分解水產生氫 ，以及還原二氧化碳產生燃料為例子加以說明 。日本的 藤嵨昭教授在 1972 年最先發表利用二氧化鈦光觸媒分解水以製造氫氣。二氧化鈦 首先吸收光子 ，生成電子和電洞對 ，電子經過外電路流向鉑陰極 ，把氫離子 （H+ ） 還原成氫氣 。留在二氧化鈦表面的電洞 ，則氧化氫氧根離子 （OH−）生成氧氣 。 水被分解生成氫氣和氧氣所需要的能量 ，完全靠二氧化鈦所吸收的光子提供 ，不 像電解水，必須要有外電流的介入才行。另外 ，也可以使用表面擔載鉑金屬或二 氧化釕類半導體的二氧化鈦 ，來生成氫氣和氧氣 。 二氧化碳還原為燃料 ：至於如何把二氧化碳還原成燃料的技術 ，研究報告顯示用