時間:11/28/2005 地點:教務處會議室 指導教授:蔡榮輝 教授 報告者:游本源

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1 時間:11/28/2005 地點:教務處會議室 指導教授:蔡榮輝 教授 報告者:游本源
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 半導體之生活上應用 時間:11/28/2005 地點:教務處會議室 指導教授:蔡榮輝 教授 報告者:游本源 電子科實習教師 游本源

2 半導體基本介紹 無塵室的簡介 半導體的奈米技術 奈米技術在生活上應用
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 報告大綱 半導體基本介紹 無塵室的簡介 半導體的奈米技術 奈米技術在生活上應用 電子科實習教師 游本源

3 半導體基本介紹 一、何謂導體(conductor)、半導體(semiconductor)、絕緣體(insulator)？
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 半導體基本介紹 一、何謂導體(conductor)、半導體(semiconductor)、絕緣體(insulator)？ 電子科實習教師 游本源

4 二、半導體的組成與分類 （一）元素半導體（element semiconductors）：
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 二、半導體的組成與分類 （一）元素半導體（element semiconductors）： 1.鍺（Ge）：一九五零年代初期，鍺是最主要半導體材料，第一個製造電晶體的 材料，熱穩定性較差，稀有元素。 2.矽（Si）：一九六零年初期，矽成為半導體主要材料，矽元件在室溫下有較佳 的特性，藏量豐富佔地表的百分之二十五，價格低廉，製造容易。 （二）化合物半導體(compound semiconductors)： 1.砷化鎵（GaAs）：適合光電元件材料（LED）、高頻微波元件。 2.磷化銦（InP）：適合光纖傳輸的光源。 3.氮化鎵（GaN）：適合藍光LED。 電子科實習教師 游本源

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無塵室的簡介 Clean Room亦即潔淨室、無塵室或無菌室，半導體工業、醫學、生物化學、食品界等不可或缺之重要設施；無塵環境除了為產業界之必要條件，對醫院手術室、加護病房、燙傷病房、嬰兒室等等。 （一）Clean Room 之定義 將一定空間範圍內之空氣的微塵粒子、有害氣體、細菌…等污染物排除，並控制室內的溫度、溼度、潔淨度、室內壓力、氣流速度與氣流分布、噪音、震動、照明、靜電與磁場在一範圍內，且給予特殊功能之設計的室內空間謂之潔淨室。 電子科實習教師 游本源

6 目前半導體積體電路產品都是在Class 1的潔淨室中製造。
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL （二）潔淨室之等級 以直徑0.5微米的塵粒作為比較標準 Class 1 ：在1立方英吋的空間中，大於0.5微米的塵粒少於一個 。 Class 10 ：在1立方英吋的空間中，大於0.5微米的塵粒少於十個 。 Class 1000 ：在1立方英吋的空間中，大於0.5微米的塵粒少於一千個 。 目前半導體積體電路產品都是在Class 1的潔淨室中製造。 電子科實習教師 游本源

7 美國聯邦標準209D潔淨室規格 電子科實習教師 游本源 94 .11 .28
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 美國聯邦標準209D潔淨室規格 電子科實習教師 游本源

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（三）潔淨室控管之項目 （1）能除去空氣中飄游之微塵粒子。 （2）能防止微塵粒子之產生。 （3）溫度和濕度之控制。 （4）壓力之調節。 （5）有害氣體之排除。 （6）結構物與隔間之氣密性。 （7）靜電之防制。 （8）電磁干擾預防。 （9）安全因素之考慮。 （10）節能之考量。 電子科實習教師 游本源

9 （四）潔淨室的種類 （1）亂流式(Turbulent Flow) （2）層流式(Laminar) 1、水平層流式 2、垂直層流式
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL （四）潔淨室的種類 （1）亂流式(Turbulent Flow) （2）層流式(Laminar) 1、水平層流式 2、垂直層流式 （3）複合式(Mixed Type) 電子科實習教師 游本源

10 （1）亂流式(Turbulent Flow)
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL （1）亂流式(Turbulent Flow) 空氣由空調箱經風管與潔淨室內之空氣過濾器(HEPA)進入潔淨室，並由潔淨室兩側隔間牆板或高架地板回風。氣流非直線型運動而呈不規則之亂流或渦流狀態 電子科實習教師 游本源

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（2）層流式(Laminar) 1、水平層流式：水平式空氣自過濾器單方向吹出，由對邊牆壁之回風系統回 風，塵埃隨風向排出室外，一般在下流側污染較嚴重。 2、垂直層流式：空氣由上往下吹，可得較高之潔淨度，在製程中或工作人員所 產生的塵埃可快速排出室外而不會影響其他工作區域。 電子科實習教師 游本源

12 複合式為將亂流式及層流式予以複合或併用，可提供局部超潔淨之空氣。
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL （3）複合式(Mixed Type) 複合式為將亂流式及層流式予以複合或併用，可提供局部超潔淨之空氣。 電子科實習教師 游本源

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潔淨室的種類比較表 電子科實習教師 游本源

14 半導體的奈米技術 一、奈米的由來 始於一九五九年由諾貝爾物理獎得主李察費曼（Richard Feynman）所提出操控原子的構想。
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 半導體的奈米技術 一、奈米的由來 始於一九五九年由諾貝爾物理獎得主李察費曼（Richard Feynman）所提出操控原子的構想。 以現在的科學觀點來看，只要縮小四千萬倍就行了。 電子科實習教師 游本源

15 二、何謂奈米？ 奈米(nanometer) 是度量單位nanometer (nm)的譯名，指的是十億分之一公尺。 1 nm = 10- 9m
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 二、何謂奈米？ 奈米(nanometer) 是度量單位nanometer (nm)的譯名，指的是十億分之一公尺。 1 nm = 10- 9m 1奈米大約是 2～3個金屬原子排列在一起的長度。 或「10個氫原子」排列在一起的”寬度”。一般「病毒」的直徑約60～250 奈米，「紅血球」的直徑約2,000奈米，「頭髮」的直徑則約30,000 ~50,000奈米。 電子科實習教師 游本源

16 蓮花效應 (Lotus effect ) 蜜蜂的導航功能
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 三、自然界的奈米效應 蓮花效應 (Lotus effect ) 蜜蜂的導航功能 荷葉表面有奈米尺寸纖毛，若透過電子顯微鏡觀察葉子表面，發現葉子表面纖毛形成凸起，會使葉子表面不容易被水粒子及污泥沾附，而達到自潔的功效，這就是「蓮花出淤泥而不染」的原因。 蜜蜂體內存在磁性奈米粒子，這些粒子具有羅盤的作用，這是蜜蜂飛行的導航系統。 電子科實習教師 游本源

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四、奈米三大領域 （一）奈米元件 以分子、原子為起點，製造具特殊功能的元件。為製造具特殊功能的元件，大體有兩種方法："由上而下"(Top Down)或"由下而上"(Bottom Up)，"由上而下"技術係利用微加工等方法，將元件不斷微小化，而"由下而上" 技術操控分子、原子，按照人類的意願進行設計與組裝。 電子科實習教師 游本源

18 「由上往下」的奈米科技 半導體製程的發展 蝕刻技術 1.電子蝕刻 2.光蝕刻 電子科實習教師 游本源 94 .11 .28
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 「由上往下」的奈米科技 半導體製程的發展 蝕刻技術 1.電子蝕刻 2.光蝕刻 HDP 電子科實習教師 游本源

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電子蝕刻 電子科實習教師 游本源

20 「由下往上」的奈米科技 原子操控 電子科實習教師 游本源 94 .11 .28
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 「由下往上」的奈米科技 原子操控 電子科實習教師 游本源

21 「由下往上」奈米科技 電子科實習教師 游本源 94 .11 .28
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 「由下往上」奈米科技 奈米碳管 藥 鑽石 C 碳原子可組成的各種東西 碳 蛋白質 電子科實習教師 游本源

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（二）奈米材料 奈米材料是指材料的幾何形狀達到奈米尺度，並具有特殊功能的材料，其主要類型包括：奈米粒子、奈米管、奈米薄膜、奈米塊材等。奈米材料的製作亦可分為兩種方法，由下而上的次微米組合法，而另一種則是由上而下將大結構鑿刻為小結構以創造出實體的方法。 （三）奈米檢測與表徵技術 為了在奈米尺度上研究元件和材料的結構與性質，必須建立奈米檢測與表徵技術，以研究各種奈米結構的力、光、電、磁等性質。 電子科實習教師 游本源

23 五、奈米科技在生活上應用 （一）奈米光觸媒：
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 五、奈米科技在生活上應用 （一）奈米光觸媒： （1）何謂觸媒：是一種化學物質，本身能降低化學反應所需要的能量 (活化能)而促進化學反應的發生或加速反應的速率，但本身卻不發生變化，這種促進反應的發生或是加速反應的效應就稱觸媒。 （2）光觸媒(TiO2)：鈦為地殼元素中的第四大元素，二氧化鈦即為其氧化物之一。二氧化鈦本身即是一種催化劑，觸媒本身能降低化學反應的能量，而促使化學反應或加快其反應速度，但本身卻不因化學反應而產生變化或破壞本體結構，因為具有強大的氧化還原能力。 電子科實習教師 游本源

24 光觸媒:以光線(如紫外線)為驅動源，增進物體氧化還原的物質。
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 表面效應 - 光觸媒 光觸媒:以光線(如紫外線)為驅動源，增進物體氧化還原的物質。 光觸媒(TiO2)受到光線(紫外線)照射，會產生表面電子空穴效應，使大氣存在的H2O分解為‧OH (游離基)及H(氫)，其‧OH (游離基) 會與有機化合物起氧化反應，致使有機化合物改變特性。一般的細菌(霉菌、病毒)及臭味主要結構均為有機化合物，故此能除臭 抗菌/抗病毒。 電子科實習教師 游本源

25 （二）奈米光觸媒應用 （1）光觸媒的功用目的： １、殺菌、防霉、除臭；提昇居住環境生活品質。
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL （二）奈米光觸媒應用 （1）光觸媒的功用目的： １、殺菌、防霉、除臭；提昇居住環境生活品質。 ２、抑制傳染病原，減輕因過敏原、花粉症、結核病產生的病狀。 ３、提倡環保觀念，減少空氣污染。 ４、提供清新舒爽的居家及辦公環境。 電子科實習教師 游本源

26 抑菌、殺菌、無毒性、脫臭（分解有機氣體）、自淨性。
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL （2）光觸媒的特性： 抑菌、殺菌、無毒性、脫臭（分解有機氣體）、自淨性。 電子科實習教師 游本源

27 （3）光觸媒可應用之場所範圍： １、居家場所：家中客、餐廳、房間、廚房、浴 室、天花板及牆壁。
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL （3）光觸媒可應用之場所範圍： １、居家場所：家中客、餐廳、房間、廚房、浴 室、天花板及牆壁。 ２、公共場所：醫院、學校、餐廳、公共浴廁、Ｋ ＴＶ等相關營業場所。 ３、交通工具：計程車、自用小客車、貨卡車、火 車、公車、大眾捷運交通車及飛 機。 電子科實習教師 游本源

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（三）奈米光觸媒應用實例 （1）殺菌方面：二氧化鈦可鍍在建築物內的玻璃、壁紙或磁磚上，當二氧化鈦 吸收足夠的光能以後便可產生氫氧自由基，因此吸附在建築材料 表面的細菌或是病毒便可被殺死 電子科實習教師 游本源

29 鍍在玻璃表面的二氧化鈦，經照射紫外光後可增加其親水性。因為玻璃表面之所以會形成霧氣，主要是水分子在玻璃表面成顆粒，而增加玻璃表面之親水性。
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL （2）防霧方面： 鍍在玻璃表面的二氧化鈦，經照射紫外光後可增加其親水性。因為玻璃表面之所以會形成霧氣，主要是水分子在玻璃表面成顆粒，而增加玻璃表面之親水性。 電子科實習教師 游本源

30 （3）抗菌性方面： 抗菌 (醫院內塗裝) 消臭 (醫院內塗裝) 電子科實習教師 游本源 94 .11 .28
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL （3）抗菌性方面： 抗菌 (醫院內塗裝) 消臭 (醫院內塗裝) 電子科實習教師 游本源

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試驗菌名 被塗物材料 試驗開始時 3小時後 滅菌率 大腸菌 壁紙 3.5x105個 <10個 99.9%以上 地毯 無塗裝比較材 2.0x107個 ﹣ 黃色葡 萄球菌 1.9x105個 9.0x104個 綠膿桿菌 壁紙 1.9x105個 9.0x104個 99.9%以上 電子科實習教師 游本源

33 奈米口罩、光觸媒口罩 光觸媒的口罩，較傳統口罩多了一至兩層保護措施，包括有二氧化鈦和親膚層，透過強氧化能力使病毒萎縮分解。
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 奈米口罩、光觸媒口罩 光觸媒的口罩，較傳統口罩多了一至兩層保護措施，包括有二氧化鈦和親膚層，透過強氧化能力使病毒萎縮分解。 可清洗，使用時間最長－光觸媒處理時效可長達一年。 電子科實習教師 游本源

34 光觸媒口罩與其他口罩比較 電子科實習教師 游本源 94 .11 .28
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 光觸媒口罩與其他口罩比較 電子科實習教師 游本源

35 1.傳統產業的奈米化 2.高科技奈米產業 3.未來的奈米產業
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 奈米科技的產業應用 1.傳統產業的奈米化 2.高科技奈米產業 3.未來的奈米產業 電子科實習教師 游本源

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傳統產業的奈米化 1.相關產業 塑膠、紡織、塗料、建材、造紙、機械、化工等工業 2.關鍵材料 奈米微粒、奈米高分子、材料奈米孔隙/塊材/混成材料等 3.機能應用 介電、導電、耐磨、加工抗菌、低活化能、防水、防油、防火、紫外光吸收、遠紅外發光等 4.相關產品 電氣/機械 :研磨拋光、導電鍍膜、螢光、感測元件、磁記錄媒体、陶瓷電容、光纖、 太陽電池等 生醫/日常生活 :抗菌、除臭、防水/油、防曬衣料、顏料、運動器材、生化檢測、藥物傳輸等 能源/觸媒:隔熱、導熱、燃料、光觸媒、電池電極等 電子科實習教師 游本源

37 高科技奈米產業 奈米電子 奈米光電 資訊儲存 能源應用 生物技術 電子科實習教師 游本源 94 .11 .28
NATIONAL WUFENG AGRICULTURAL & INDUSTRIAL VOCATIONAL HIGH SCHOOL 高科技奈米產業 奈米電子 自旋電子元件、磁性存取記憶體、高K值材料元件、奈米碳管電子元件、單電子電晶體等 奈米光電 半導體量子點光電元件、光晶體元件、奈米碳管場發射元件、有機發光元件等 資訊儲存 近場儲存寫讀技術、奈米級刻版技術、超高密度光碟技術 能源應用 微小型奈米燃料電池、高效能儲電元件、光化學換能系統、多孔性奈米結構電極等 生物技術 生物晶片、診斷試劑、生物感測器、人工視網膜等 電子科實習教師 游本源

38 未來的奈米產業 分子馬達 奈米機器 奈米電腦 量子資訊 電子科實習教師 游本源 94 .11 .28
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謝謝指教 電子科實習教師 游本源

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