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集肤效应在微波频率时，导体的电流密度将不会是平均分布于整个导体内部，而是在表面附近有较大的电流密度，在导体中心部分的电流密度是最小的。我们称这种现象为〝集肤效应〞。〈因为电流密度集中于表面处。〉图一高频时的导体电流密度分布情形，大致如图一所示，由表面向中心处的电流密度逐渐减小。在此引进一个临界深度δ〈criticaldepth〉的大小，此深度的电流密度大小恰好为表面电流密度大小的1/e倍：......(1)其中，f为频率，μ为导磁率〈H/m〉，ρ为电阻率〈mho/m〉。由(1)可知，当频率愈高时，临界深度将会愈小，结果造成等效阻值上升。因此在高频时，电阻大小随着频率而变的情形，就必须加以考虑进去。IC制作流程整个IC制作的流程大概可分为电路设计〈ICdesign〉、晶圆加工〈waferfabrication〉、封装〈packaging〉及测试〈test〉四大部份，其关系如下图所示：当我们决定好对一个IC所要求的功能及其工作规格后，便开始着手电路设计。电路设计的主要目的在产生布局图〈layout〉，它能定义出晶圆加工制程中所需要的各层图案〈pattern〉。藉由布局图，可做成晶圆加工制程中所需要的各道光罩〈maskorreticle〉。接下来的晶圆加工制程，可以说是整个IC制作流程中最复杂、资金及技术最密集的一部份。这个部份就是要将上一个设计程序所设计出来的电路及电子组件，能在晶圆上加以实现。而电路上所用到的电子组件〈晶体管、电阻、电容、电感...〉及其间的联机〈interconnection〉，则必须靠各单元制程〈氧化、黄光微影、薄膜沉积、蚀刻、参杂...〉间的反复配合才能完成。光罩在此的功用在于能定义出各层薄膜的图案、组件区域，或组件间的联机情形，以达所要的电路功能及规格。所谓的〝晶圆代工〞厂，就是专门将别家公司所设计出的电路，以该公司晶圆加工制造厂〈Fab.〉现有的技术能力及仪器设备，完成其晶圆加工制程之意。晶圆加工完后的晶圆，一般会经过晶圆针测〈waferprobe〉的过程，将失败的晶粒加以标记〈inkdot〉。后将晶圆切割成一小片一小片的晶粒，好的晶粒才会送到构装〈packaging〉厂加以构装。构装的材料一般为陶瓷或塑料，而构装的目地在保护其内的晶粒不会受到外界的机械性破坏〈刮痕...〉或免于水气微尘的渗入。除此以外，它还要提供内部晶粒电极和外部电路板相连的管道〈藉由内部打线，再用IC外壳的pin和电路板接通〉。随着IC功能的提升，构装的散热能力和尺寸大小都是构装技术必须考量的。构装后的IC为了品质的确认，会进行测试〈test〉的步骤。在这里会进行一连串的电气测试，如速度、功率消耗...等，唯有符合客户需求规格的IC才能交给客户。主动被动曾在BBS的《electronics》版中看到大家在讨论〝什幺叫被动组件〞，当然元素也有参与其中的讨论，不过大家对于主动及被动组件的分别似乎有不同的看法。这个话题也曾经困扰过元素，在此元素不讨论真正的说法为何，只把我从书上找到的定义条列于下，供大家参考：以下说法取自〝电子学辞典--伊恩‧R‧辛克莱〈IanR.Sinclair〉着；葛登‧巴尔绘图；陈荫民、潘大连译--猫头鹰--ISBN957-8686-99-4〞。名词说明activecomponent主动组件又称主动器件〈activedevice〉。一种能增加信号功率的电路组件。主动组件在工作时需电源，才能有可量功率增益〈powergain〉，这与电压增益或电流增益不同。passivecomponent被动组件不能产生功率增益〈powergain〉的组件〈component〉。诸如电阻器、电容器和线性电感器〈包括变压器〉都是被动的。有电源时的非线性作用，如在磁放大器〈magneticamplifier〉中，能使组件归入主动组件〈activecomponent〉中。在〝半导体的故事--李雅明着--新新闻--ISBN957-8306-62-8--p214〞中有提到：在电子学中，我们一般把真空管、晶体管等，具有控制电压或电流的能力，可以完成开关或者达成增益功能的组件称为主动组件，而把像电阻器、电容器、电感器等不能做上述功能的组件称为被动组件。半导体半导体〈semiconductor〉，顾名思义，是导电力介于金属等导体和玻璃等非导体间的物质。若以导电率来看，半导体大致位于1e3和1e-10(ohm-cm)-1间〈当然这只是概分，这三者之间并没有制式的界限存在〉。室温下铝的电阻系数为2.5e-6ohm-cm，而玻璃则几乎为无限大。会有这种现象是因为物质内部电子分布在不同的能量范围〈或称能带，energyband〉内，其中可让电子自由移动的能带称为导电带〈conductionband〉，除非导带内有电子可自由活动，否则物质将无法经由电子来传导电流。其它能带〈价电带，valenceband〉的电子必须要克服能量障碍〈指能隙，energybandgap〉，跃升至电导电带后，方可成为导电电子。例如玻璃，即是因为这能隙太大，使得电子在室温下无法跳跃至导电带自由活动，所以是非导体。至于半导体，其能量障碍不是很大，低于非导体，所以在高温、照光等给予能量的状况或适量地加入一些可减小能量障碍的元素〈参质〉，便可改变其电阻值，成为电的良导体。电子工业便是利用半导体这种可随环境、参质的加入等而改变其导电能力之特性，发展出多项的应用产品。半导体的应用范围很广，包括二极管、晶体管等电子组件及发光二极管、雷射二极管、各类检测器、太阳能电池等光电组件。除此之外，尚有功率组件，及目前相当热门的各类显示器都可以见到半导体的踪迹。半导体材料又可分为元素半导体〈elementsemiconductor〉及化合物半导体〈compoundsemiconductor〉。元素半导体是由单一元素所组成的半导体，如Si、Ge等；化合物半导体则是由两种以上的元素所组成的半导体，如GaAs、ZnS等，常应用于光电或高速组件中。半导体产业分类大致可分为三类。第一类的半导体厂商本身有完整的设计能力，且拥有晶圆制造厂，可以生产自有品牌的产品，如国内的华邦、旺宏，国外的CPU大厂Intel皆属此类。此类便是我们常听到所谓的IDM〈IntegratedDeviceManufacturing，整合组件制造〉。第二类半导体厂商专事晶圆制造生产，本身拥有晶圆厂但不做设计，成为专业的晶圆代工厂〈Foundry〉，如台积电、联电等。第三类半导体厂商没有自己的晶圆厂〈Fabless〉，但专事半导体设计，此类通称为DesignHouse。如国内的威盛、扬智，美国的IBM等。附带一提的是，台湾的半导体代工是世界有名的。台积电和联电分别为全世界第一和第二大的晶圆代工厂。原子间结合力原子藉由彼此之间的相互作用力而结合在一起，以致于形成晶体结构。以下将这五种力〈键结〉分述于下：离子键〈ionicbond〉：典型的例子为氯化钠〈NaCl〉晶体，这种键结主要来自于正负离子间的库伦吸引力，因此结构较稳定。会形成正负离子的原因在于原子间的电子转移，以氯化钠等1族碱金属和7族卤素元素的结合为例，碱金属最外围1个价电子会倾向于填满卤素最外围的电子轨道，形成八个电子的稳定结构，此时带正电离子〈碱金属原子分一个电子给卤素原子后带正电〉和带负电离子〈卤素原子从碱金属原子获得一个电子后带负电〉便会以库伦力结合，这就是所谓的离子键。共价键〈covalentbond〉：共价键顾名思义，就是相邻原子共享彼此的价电子，来满足自身电子结构的稳定性。几乎所有的半导体〈如硅、锗〉都是由共价键所组成的，少部分的三五族半导体〈如GaAs〉则可能带有部分离子键成分在内。共价键的结合力较金属键为弱，这也是半导体之所以导电率为〝半〞的原因之一。金属键：所有的价电子为共有的情形下，使得失去价电子的原子和由共有价电子所形成的电子云间有库伦力的存在，这也是金属键的由来。由于金属的键结属于金属键，因此其价电子的共有，造成价电子可在金属晶体内部自由活动，可以解释为什幺金属是电的良导体。凡得瓦耳力〈vanderWaals〉：产生原因为原子或分子间的电偶极作用力。由于电子绕中心原子核环绕时，有时瞬间可能使得电子偏向集中于某一边，致使原子一边带正电，一边带负电，形成所谓的电偶极。不同原子和分子便可藉由这微弱的吸引力而结合。氢键：氢和电子亲和力大的原子结合〈N、O、F〉时，外围的电子会被吸引过去，中心带正电的原子核便会暴露于外，可以再去吸引其它电子亲和力大的原子，形成所谓的氢键。以半导体的领域来说，较常考虑到的键结应属共价键，其次是离子键。可以说大多数半导体的特性皆来自于半导体本身共价键结构的关系。晶圆晶圆，wafer，是VLSI制程中不可或缺的材料，IC上所有的组件都是〝长〞在这上面。晶圆也就是我们一般常听到的底材〈substrate〉。以硅晶圆来说，它的来源是石英〈主成份为氧化硅〉。刚开挖出来的石英矿，必须经过纯化、高温溶解、蒸溜、沉积等步骤，得到所谓高纯度的硅棒〈siliconrod〉，但这时候的硅并非是结晶状态，因此必须再以单晶成长方法来得到所需的单晶硅。常见的单晶成长法有拉晶法〈Czochralski、CZ法〉和浮游区域法〈FloatZone、FZ法〉。其中以拉晶法最为被广泛使用，因为这种方法所需的成本较低，且容易达成大尺寸化；而FZ法所成长的硅晶锭〈siliconingot〉，其杂质浓度一般会较低。不管是用何种方法长成的晶锭，必须要经过grinding、slicing、lapping、etching、polishing、cleaning及inspection步骤，最后一片片的晶圆才会被包装起来，以保持表面的无污染及平坦性。尽管如此，晶圆在使用之前，仍须经过化学物品的清洗，确保其表面品质。晶圆的大小〈指其直径〉由早先的三吋〈约7.5公分〉到目前的八吋〈约20公分〉，未来将朝的十二吋、十六吋等大尺吋方向前进，主要是为了提高VLSI的产能且提升IC的良率，以增加厂商自身的竞争力。双原子晶格振动这里的双原子指的是基本单胞〈primitiveunitcell〉是由两个原子所组成。本文假设此两个原子的质量不同，于下将说明双原子晶格振动时其ω-q的离散关系〈dispersionrelation〉。假设在1D的情形下，两个原子的质量分别为M和m〈Mm〉，受到扰动后的位移分别为u和v，基本单胞的晶格常数为a，如下图所示：根据牛顿第二运动定律，可以得到M和m第n个晶格原子所受力情形：......(1)......(2)(1)、(2)右半部主要是根据虎克定律〈Hook'slaw〉而来，其中β代表相邻原子间的力常数〈假设对任一晶格原子来说都是一样的〉。通常在处理此类振动问题时，都会把它假设为简谐振荡器〈simpleharmonicoscillator〉，因此其波动应分别具有下面的形式：......(3)......(4)其中A、B分别代表原子M和m振幅，q代表此波动函数的波向量〈波数〉。(3)、(4)分别带入(1)、(2)，为了求得non-trivial解，可得以下式子必须成立：.....(5)由(5)求ω和q的关系式，可得到两个支系〈twobranchs〉，下图绘出此两支系〈ω+、ω-〉：如同【单原子晶格振动】一般，ω-q关系图也有着相同的周期，2π/a，因此一般在讨论时只要考虑其第一布里路因区〈1stBrillouinzone〉即可。〈上图画出的部分正是第一布里路因区〉以下将此两支系的一些极限特点，列表整理：ω+ω-q→0〈或波长很长〉A/B=-m/MA/B=1q→+-π/a〈或波长较短〉A=0B=0ω+一般称为光支系〈opticalbranch〉，原因是因为其频率一般在1e13~1e14s-1之间，属于远红外光的范围。ω-一般称为声支系〈acousticalbranch〉，因为其群速和声速相近，而且具有弹性波线性关系。由上表还可知，对于q较小的光支系而言，两相邻原子其振动方向是相反的，但基本单胞质量中心位置也因而不会改变。另一方面，q较小的声支系其两相邻原子振