半導體元件物理學習書單與心得

因為過去這半年來有幾位朋友問我該怎麼學半導體,所以想說來寫些心得。不過我也只是一位固態組碩士而已,更別說半導體領域真的是包山包海,所以我只能分享自己那狹隘的所見所聞(修課、自學與研究),希望這篇文章可以給你一些初步的學習方向。

這篇文章會提到:

  • 固態物理
  • 元件物理
  • 氧化層穩定度專題(含 $\LaTeX$ 筆記)
  • (進階)半導體的電流是怎麼來的?
〈氧化層穩定度專題〉$\LaTeX$ 筆記截圖
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New Transistor Structures At 3nm/2nm

這篇是來自 Semiconductor Engineering 的新聞閱讀心得,分為市場、效能、製程現況、製程挑戰與製程成本,推薦參考原文交叉閱讀。


市場

  1. 三星計畫於 2022/2023 推出 3nm nanosheet。大概有 50% 的機率會在 2022 Q4 開始初期量產,至於 D0<0.08 的大量量產大概有 60% 的機率會在2023的 Q2-Q3。(The defect density (D0) of a process is the number of defects per die that are large enough to become killer defects per unit area. Defects that are small enough to not cause operational issues are not taken into account in this value. https://en.wikichip.org/wiki/defect_density)
  2. 台積電計畫於 2024/2025 推出 2nm nanosheet FET。
  3. 首先推出的第一代 Nanosheet FETs (NS-FET) 會基於傳統的 Si 通道,第二代 NS-FET 才會有為了提升 hole mobility 的 SiGe-based NS-pFET (另見效能-b),至於第二代 NS-nFET 則會繼續使用 Silicon 作為通道材料。
  4. 越來越少晶片商能支付成本如天文數字般的先進製程。以目前而言,台積最先進的 300mm 晶圓廠就花了大概兩百億美元。
  5. 以前晶片商能預期元件尺寸微縮 0.7 倍(即面積微縮 0.5 倍)的同時,在相同功率下的元件還能比上一代多提供 40% 的效能,但現在只能預期大約多提供 15%~20% 的效能。
  6. 由於製程越來越昂貴,所以晶片商逐漸希望代工廠嘗試更多客製化的異質製程,對製程越來越龜毛挑剔。不過也並不是所有晶片商都需要 FinFET,像是只需要較成熟製程的類比、RF元件的市場其實也不小。
  7. 晶片市場漸漸出現兩個分支,一個是使用到深度學習與其他高速計算的,始終都在渴望從 3nm、2nm 元件得到更強大的計算能力的市場分支。另一個則是只需要成熟製程的物聯網與其他大型但低成本的技術應用分支。
  8. 因為已越來越難微縮元件,所以許多客戶逐漸將重點放在先進封裝上。
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簡易教學:用 Python 撈取股市資料與作圖

一直都想試試用 Python 撈股市資料與作圖,終於用好啦。這篇文章應該“有點”適合完全不會 Python 的人看。雖然我全部都說不清楚,因為我也真的不太會 Python(如果說錯,還請多多包涵),但我都有貼每個用法的“說明文章”,所以只要有耐心依序看完這些文章,那基本上應該沒問題,嗯,只要有耐心看完 XD

這篇文章的目的不是要分析股市,畢竟我也不懂股市。這篇的目的在於簡單說明如何用 Python 從「公開資訊觀測站」撈取簡單資料,並且作圖。只要學會這些,其他的操作我認為是大同小異,頂多是比較複雜的數據處理。但只要撈到數據了,基本上數據處理的程式語言應該不會太難。

總太 (3056) 的「現金及約當現金」變化圖
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週期位能所帶來的能帶結構——Bloch’s Theorem

在各種物質形態中,固態顯然是比液態甚至是氣態還要有序許多的型態。因此,固態理論發展得較為成熟,倒也不是什麼意外的事。而固態的特點就在於具有週期的晶格排列。

$$U(\mathbf{r}+\mathbf{R})=U(\mathbf{r})\label{1}\tag{1}$$

由於我認為固態物理的精華,以及半導體物理的基礎就在於能帶概念。了解能帶結構(Band structure),才有可能了解能帶圖(Band diagram),因此將我對於 Ashcroft & Mermin (1976) 的讀書心得整理為這篇文章,逐一說明下述觀念:

  • 布拉赫定理(Bloch’s theorem)
  • 布拉赫定理的第一種證明
  • 波恩・馮卡曼邊界條件(Born-von Karman Boundary Condition)
  • 布拉赫定理的第二種證明
  • 布拉赫定理的物理內涵

希望讀者們在看完這篇文章後,就能了解:

  • 倒空間(reciprocal space)的晶格點(Bloch wave vector)是怎麼來的?
  • 為什麼晶格點並不像實數軸那樣連續?它們之間的最小間隔是怎麼來的?
  • 什麼是晶格動量(Crystal momentum)?為什麼有這種概念?
  • 到底能帶結構(Band structure)$\varepsilon_{n}(\mathbf{k})$是怎麼來的?
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余光中《翻譯與批評》

余光中認為,一個夠資格的批評家應具備下列四種條件。雖然這是針對文學,但我想,倘若下述文學領域的名稱改成其他領域,應該也都適用:

(一)他必須精通(至少一種)外文,才能有原文的直接知識。必須如此,他才能不仰賴別人的翻譯。如果一個批評家要從中譯本去認識莎士比亞,或從日文論述中去研究里爾克,那將是徒勞。(二)他必須精通該國的文學史。這就是說,他必須對該國的文學具有歷史的透視。必如此,他對於某一作家的認識始能免於孤立絕緣的真空狀態。必如此,他才能見出拜倫和頗普的關係,或是康明思受莎士比亞的影響。批評家必須胸有森林,始能說出目中的樹有多高多大。(三)批評家必須學有所專。他要介紹但丁,必先懂得耶教;要評述雪萊,最好先讀柏拉圖;要攻擊傑佛斯,不能對於尼采一無所知。一位批評家不解清教為何物而要喋喋不休地談論霍桑的小說,是不可思議的。(四)他必須是個相當傑出的散文家。他的散文應該別具一種風格,而不得僅為表達思想之工具。我們很難想像,一位筆鋒遲鈍的批評家如何介紹王爾德,也無法相信,一個四平八穩的庸才攫住康明思的文字遊戲。一篇上乘的批評文章,警語成串,靈感閃爍,自身就是一個欣賞的對象。誰耐煩去看資料的堆積和教條的練習?

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余光中〈作者、學者、譯者——『外國文學中譯國際研討會』主題演說〉

作家的責任,在勇往直前,盡量發揮一種語文之長,到其極限。譯者的責任,在調和兩種語文的特色:既要照顧原文,保其精神,還其面目;也要照顧譯文,不但勸其委婉迎合原文,還要防其在原文壓力之下太受委屈,甚至面目全非。還真是十分高明的仲裁藝術,頗有魯仲連之風。排難解紛的結果,最好當然是兩全其美,所謂“雙贏”,至少也得合理妥協,不落“雙輸”。譯者的責任是雙重的,既不能對不起原作者,也不能對不起譯文,往往也就是譯者自己的國文。他的功夫只能在礙手礙腳的有限空間施展,令人想起一位武俠懷裡抱著嬰孩還要突圍而出。這麼看來,他的功勳雖然不像作家彪炳,其實卻更難能可貴。

儘管譯者的名氣難比作家,而地位又不及學者,還要面對這麼多委屈和難題,翻譯仍然是最從容、最精細、最親切的讀書之道,不但所讀皆為傑作,而且成績指日可期。在翻譯一部名著的幾個月甚至幾年之間,幸福的譯者得與一個宏美的靈魂朝夕相對,按其脈搏,聽其心跳,親炙其闊論高談,真正是一大特權。譯者當然不是莎士比亞,可是既然譯筆在握,就可見賢思齊,而不斷自我提升之際,真欲超我之凡,而入原著之聖。就像一位演奏家詮釋樂聖,到了入神忘我之境,果真就與貝多芬相接相通了。到此境地,譯者就成了天才的代言人,神靈附體的乩童與巫者。這就是譯者在世俗的名利之外至高無上的安慰。

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余光中〈從西而不化到西而化之〉

在余光中先生的《翻譯乃大道》讀到這篇短文,寫得真好,真希望我中文造詣也這麼好!


新文學迄今已有六十年的歷史,白話文在當代的優秀作品中,比起二三十年來,顯以成熟得多。在這種作品裡,文言的簡潔渾成,西語的井然調理,口語的親切自然,都已馴馴然納入了白話文的新秩序,形成一種富於彈性的多元文體。這當然是指一流作家筆下的氣象,但是一般知識分子,包括在校的大專學生在內,卻欠缺這種選擇和重組的能力,因而所寫的白話文,惡性西化的現象正日益嚴重。究其原因,讀英文的直接作用,看翻譯的間接默化,都有影響。所謂翻譯,並不限於譯書與譯文;舉凡報紙、電視、廣播等大眾媒介慣用的譯文體,也不無污染之嫌。有時候,污染也可以西化的。例如“肯尼迪總統曾就此一舉世矚目之重大問題,與其白宮幕僚作深夜之緊急商討”一句,便是半吊子文言納入西文句法後的產品。中文通達的人面對無所不在的譯文體,最後感到眼界不清、耳根不靜,頗為惱人。中文根底原就薄弱的人,難逃這類譯文體的天羅地網,耳濡目染,久而習於其病,才真是無可救藥。

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LaTeX on WordPress Mobile Theme

昨天更新 Jetpack 後發現再也找不到先前設定 LaTeX 的 header.php,整個 minileven 資料夾好像都被移除了。趕緊查閱更新項目,才發現 WordPress.com 已移除了 Jetpack 的行動模組。

Mobile Theme: sunset feature. We originally created the mobile theme feature as a fall-back when the regular theme did not include a mobile view. Most themes include a mobile view by default now, so the feature is no longer necessary.

我們之前設計的行動模組只是個備胎(fall-back),特地為那些沒有手機版的佈景主題所設計的。但因為現今大多佈景主題都有手機版頁面,所以這行動模組就不是那麼必要了。

沒多久,我就收到了來自 Google 的通知(見下圖),所以該怎麼辦呢?我很喜歡現在使用的 TwentyTen,但它又沒有手機版功能,這時又該上哪找方便我設定 LaTeX 顯示模組 Mathjax 的外掛/佈景主題呢?花了一個上午,終於讓我找到合適的外掛了——Pronto – Mobile Site Convertor

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給一點找指導教授的建議

自己碩班讀得很辛苦,經常覺得實在是找錯人。不過我知道很多人並不在意要找哪個指導教授,有人收就好,那也是一種心態。因此,這篇文章是針對想要找到適合的指導教授的人一些建議。

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Sentaurus TCAD 筆記

過去一年多來都在使用 Sentaurus TCAD 模擬 Avalanche Photodiode,終於輪到我來交接了呵呵,於是將一些我覺得特別難從使用手冊(manual)與教學手冊(tutorial)學到的技巧整理成冊。如有疑問歡迎留言一起討論,下方為HackMD筆記大綱。


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