半導體的故事:發展與現況(新版)

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李雅明
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具体描述

半導體產業猶如台灣的「護國神山」
它如何點石成金,成為現代工業社會的稻米?

  ◆法拉第,第一個注意到半導體材料的人
  ◆初試啼聲的半導體:貓鬍子偵測器
  ◆金屬、絕緣體和半導體的區別
  ◆微波偵測器與半導體的發展
  ◆發明電晶體並得到諾貝爾獎的三人組:蕭克萊、巴丁、布萊登
  ◆怎麼樣才能得到夠純的半導體?
  ◆積體電路的發明:一種生產技術的革新
  ◆兩個決定發展方向的重要因素:半導體記憶器和微處理器

  我們日常生活中每天都會碰到許多半導體元件,如電視、電話、電腦、洗衣機、電冰箱、汽車裡都有大量的半導體元件,無時無刻在為我們服務,甚至有些現代科技產品,完全要依靠半導體元件才能作用。無論在經濟、生活、國防上,一個現代的國家都離不開半導體,沒有半導體技術,可以說就沒有現代科技社會。

  在台灣,半導體業已經快速成長為主要的支柱工業。台灣要成為科技島,發展半導體工業將是一條不可避免的路。作者在半導體方面工作多年,曾經在美國的半導體工業界服務,也曾在美國和國內的大學任教,深深瞭解到半導體對今天社會的重要性。學習半導體光只是唸課本是不夠的,必須要瞭解到它發展的來龍去脈,才能知道半導體這門科學的源由和它發展的原動力,對於將來在半導體方面更上層樓非常必要。

  本書從歷史的角度,詳述半導體如何成為二十世紀改變世界面貌的重要新科技。從半導體是如何發現的,再介紹量子力學和固態物理發展的經過,然後論及電晶體和積體電路發展的情況,最後介紹世界各國的半導體工業,以及半導體業未來的前景。

名人推薦

  ◆半導體工業是目前我國最重要的工業之一,半導體也是現代人生活中絕對不可或缺的工業產品,電話、音響、電腦、汽車,甚至玩具和電鍋裡面都會有半導體。我因為是學電機出身的,對半導體還可以稱得上是一知半解,一般人能夠瞭解半導體的大概少得可憐。虧得李雅明教授寫了這麼一本好書,李教授不僅很有學問,而且他的文筆非常好,由他來寫有關半導體的故事,最適宜不過了。──李家同
探寻未知领域:跨学科的智慧之旅 本书是一部旨在拓宽读者视野、激发深层思考的综合性读物。它并非聚焦于某一特定学科的细枝末节,而是致力于构建一座连接不同知识领域的桥梁,引导读者从更宏观、更具穿透力的角度审视人类文明的进程与未来图景。 本书的叙事核心围绕“系统性思维的构建”与“复杂性问题的解析”展开。我们深知,当代世界面临的挑战往往是多维度、相互交织的,单一学科的视角已无法提供完整的解决方案。因此,我们精心设计了三个相互关联的板块,层层递进,引导读者完成一次由基础认知到高阶应用的思维跃迁。 第一部分:概念的重塑与基础框架的搭建 (The Rebuilding of Concepts) 本部分聚焦于对几个核心哲学与科学概念的深入探讨与重新定义。我们首先审视了“时间”的本质。这不是对物理学中时空理论的复述,而是探讨人类社会对时间感知的演变——从古代农业社会对季节循环的依赖,到工业革命对线性、可量化时间的狂热追求,再到信息时代“瞬时性”对传统时间观念的冲击。通过引入历史学、人类学的视角,我们力图揭示时间感知的文化差异如何影响了不同文明的决策模式与创新速度。 紧接着,我们将目光投向“信息”的边界。信息不应仅仅被视为数据流或通信的载体。本书尝试将其置于认识论的框架下进行考察:信息是如何从纯粹的物理信号(如熵的减小)转化为意义(Meaning),并最终驱动社会行为的?我们引入了早期符号学和认知心理学的经典理论,并结合现代神经科学的发现,构建了一个评估信息质量和传播效率的普适性模型。这个模型强调语境(Context)的重要性,认为脱离了特定环境的信息,即使数据量再庞大,其价值也趋近于零。 最后,我们深入探讨了“系统”的韧性(Resilience)。面对气候变化、全球供应链的脆弱性以及金融市场的波动性,理解系统如何吸收冲击、自我修复,比预测其精确状态更为关键。本部分详细剖析了复杂适应系统(CAS)的特征,如涌现性(Emergence)、反馈回路的非线性效应,并提供了分析和干预这些系统的基础工具,包括但不限于网络拓扑分析和反馈回路图解法。 第二部分:历史的隐形驱动力——技术、伦理与权力 第二部分将历史的宏大叙事分解为若干关键的“技术-伦理耦合点”,考察技术革新在塑造社会结构和权力分配中所扮演的隐秘角色。 我们选择研究印刷术的社会工程学意义,而非仅仅关注其对知识传播的加速作用。本书认为,印刷术带来的标准化文本和版权概念,首次将知识的生产过程纳入了早期资本主义的框架。它催生了“作者”这一法律实体,并为现代民族国家的意识形态构建提供了物质基础。我们将对比中西方在信息复制技术发展初期的权力结构差异,揭示技术中立性的虚妄。 随后,我们转向能源范式的转变与地缘政治的重塑。这不是一部能源经济学教科书,而是侧重于能源形态(如从木材到煤炭,再到石油)如何定义了人类的领土观念和军事投射能力。例如,石油的易于储存和运输的特性,如何使得大洋成为全球政治的核心舞台,并催生了一系列围绕“能源管线安全”的国际法和军事部署。我们关注的是,当能源载体发生改变时,治理结构和社会阶层是如何被无形地重塑的。 在本部分的收尾,我们探讨了早期自动化与劳动的异化。在工业革命的早期阶段,机器取代的不仅仅是体力劳动,更是对手艺人对其工作流程的完全控制权。我们引用了社会学家对工厂流水线劳动的经典研究,分析了这种控制权的转移如何渗透到后来的知识工作和算法管理中。重点在于,技术在提高效率的同时,是如何悄然地将决策权和创造力的中枢从个体手中剥离,并集中到系统设计者手中。 第三部分:未来视角的构建——不确定性下的决策艺术 最后一部分将前两部分建立的思维框架应用于对未来的审慎展望,重点在于如何在信息不完全、环境高度不确定的情况下做出负责任的决策。 我们首先深入探讨了预测的局限性与预见性(Foresight)的区别。预测试图基于历史数据推断未来某一确定的点,而预见性则致力于描绘一系列“可能的世界”(Possible Worlds)。本书介绍了几种非线性规划工具,如情景规划(Scenario Planning)和德尔菲法(Delphi Technique),强调在决策中纳入“黑天鹅事件”的可能性,将风险管理从概率计算提升到结构性适应的层面。 其次,我们审视了复杂治理的伦理困境。随着人工智能和大数据技术能力的增强,决策的“黑箱化”问题日益凸显。本书提出了一个关于“可解释性责任链”的概念框架。当一个算法对社会产生了深远影响时,追溯责任不仅需要技术审计,更需要对最初设计意图、训练数据的选择偏好以及最终应用环境的伦理剖析。这要求决策者不仅要有技术理解力,更要有深厚的伦理自觉。 在全书的总结部分,我们倡导一种“慢技术”的哲学。这并非是拒绝进步,而是主张在引入具有颠覆性的技术之前,社会和伦理框架需要同步演化,以确保技术的进步服务于人类的整体福祉而非少数群体的利益最大化。这种哲学要求我们重新学习“等待”的价值,即在信息尚未充分消化、社会共识尚未达成之前,保持对技术应用的克制。 通过这三个相互支撑的部分,本书旨在为读者提供一套分析复杂世界、驾驭不确定性的思维工具箱,激发读者从更深层次理解技术、历史与人类自身命运的关联。

著者信息

作者簡介

李雅明


  1943年生,國立台灣大學物理系學士,美國馬利蘭大學固態物理學博士。曾先後任清華大學物理系、材料科學系副教授,美國休斯研究所(Hughes Research Laboratories)計畫經理,美國凱斯西方儲備大學(Case Western Reserve University)電機與應用物理系正教授,清華大學電機系正教授。在清華大學,曾任電子工程研究所所長,出版社社長,現為清華大學榮譽教授。

  除科技專業論文外,著有:以海外保釣運動為背景的長篇小說《惑》(1986)、《固態電子學》(1995)、《我看基督教:一個知識份子的省思》(2006),《科學與宗教:400年來的衝突、挑戰和展望》(2008,入圍第33屆金鼎獎)、《出埃及:歷史還是神話?》(2010)、《半導體的故事》(1999)、《半導體的故事:發展與現況》(2013)、《固態電子學》(新版)(2016)、《固態電子習題解析》(2016)、《歷史上真實的耶穌》(2017)、《演化與人性:演化倫理學與儒家思想的創新》(2021)、《基督教的真相:探討與評論》(2021),主編《管惟炎口述歷史回憶錄》(2004)、共同主編《保釣風雲半世紀》(2021),翻譯《IC如何創新》(2000)。

图书目录

李家同推薦序
初版自序
再版序
 
第一章 點石成金的半導體

現代工業社會的稻米
半導體工業的規模
 
第二章 半導體的起源

法拉第的新材料
初試啼聲的半導體:貓鬍子偵測器
半導體整流器和光伏特電池
紅外光偵測器
整流理論
究竟有沒有半導體?
真空管的出現
 
第三章 量子力學的發展
量子力學的萌芽
玻爾與原子模型
波粒二象性
海森堡和矩陣量子力學
薛丁格和波動量子力學
玻恩、狄拉克和鮑利
 
第四章 固態物理的發展
量子力學出現以前的固態理論
固態理論的先鋒
布洛赫定理
能帶理論
金屬、絕緣體、半導體的區別
 
第五章 第二次世界大戰的影響
英國的救星:雷達
第二次世界大戰期間半導體的發展
 
第六章 電晶體的發明
早期的故事
貝爾實驗室
獲得諾貝爾獎的三人組:蕭克萊、巴丁、布萊登
其他半導體研究
怎麼樣才能得到夠純的半導體?
電晶體發明以後的反應
 
第七章 電晶體工業
技術的革新
用矽,用鍺,還是用化合物半導體?
老公司還是新公司?
平面工藝
 
第八章 積體電路
英國的杜默
德州儀器的基爾比
快捷公司的諾宜斯
技術發展
 
第九章 超大型積體電路
什麼是超大型積體電路?
微處理器
記憶器晶片
 
第十章 美國半導體業
老真空管公司
蕭克萊的商業生涯:灣區的第一家半導體公司
快捷半導體公司
矽谷
德州儀器公司
英特爾公司
 
第十一章 歐洲半導體業
荷蘭半導體業
英國半導體業
法國半導體業
意大利半導體業
德國半導體業
俄羅斯半導體業
 
第十二章 亞洲半導體業
日本半導體業
南韓半導體業
台灣半導體工業
中國大陸的半導體工業
印度半導體業
 
第十三章 結語:電子時代的迴思
半導體工業成長的回顧
半導體業的國際競爭
半導體的衝擊
矽時代的應變之道
 
中西名詞對照表
 

图书序言

  • ISBN:9789860668599
  • 規格:平裝 / 320頁 / 14.8 x 21 x 1.7 cm / 普通級 / 單色印刷 / 新版
  • 出版地:台灣

图书试读

再版序

  《半導體的故事》一書出版於一九九九年,主要的目的有兩個。一個是想替社會大眾介紹這個二十世紀發展出來的、改變了世界面貌的重要新科技──半導體。另一方面,我也覺得學校的同學們學習半導體,光只是念課本是不夠的,還需要瞭解到它發展的來龍去脈,這樣才能知道半導體這門科學興起的源由,和它發展的原動力。這本書印刷了好幾次,不少讀者告訴我,《半導體的故事》一書對他們了解半導體這個行業,確實有相當大的幫助。好些講授半導體入門的課程,也把這本書當作他們的教材。

  《半導體的故事》一書的內容主要是介紹半導體科技發展的歷史。二○一二年,我又出版了一本《從半導體看世界》。這本書的內容則主要是介紹半導體產業的現況與世界經濟發展的關係。所以,《半導體的故事》一書科技與歷史的成份比較多,而《從半導體看世界》一書則與半導體公司和經濟發展的關係比較大。兩本書的內容基本上是互補的。

  時間過去了十多年,半導體科技進步的很快,半導體這個行業改變的也很多,實在有重新介紹的必要。一九九九年時,半導體元件的線寬還用微米當作單位,現在都用奈米了。當時韓國和台灣半導體公司在世界上的地位,還遠不如今天的重要。一九九九年時,中國大陸還沒有加入世界貿易組織(WTO),當年大陸的進出口貿易額只有三六○七億美元,還不到二○一二年三八六六八億美元的十分之一,所謂「世界工廠」連影子都還沒有。歐美經濟也沒有見到過像二○○八年金融海嘯這樣的大災難。十多年後,這些都改變了,世界局勢與當年大不相同了。

  在這本新版的《半導體的故事》中,我們介紹半導體的物理基礎、發展半導體科技重要的科學家、半導體科技發展的歷史,以及半導體業的現況。希望這樣的探討,還能對有興趣的讀者有所幫助。

  《半導體的故事》能夠重新出版,首先要感謝暖暖書屋的歐陽瑩小姐和龐君豪先生,沒有他們的熱心支持,這是很難做到的。筆者也要藉此機會,對於內子多年來的鼓勵、家人的熱心支持,表示最深的謝意。

李雅明,中華民國一○二年六月二十日

推薦序

  半導體工業是目前我國最重要的工業之一,半導體也是現代人生活中絕對不可或缺的工業產品,電話、音響、電腦、汽車,甚至玩具和電鍋裡面都會有半導體。我因為是學電機出身的,對半導體還可以稱得上是一知半解,一般人能夠瞭解半導體的大概少得可憐。虧得李雅明教授寫了這麼一本好書,李教授不僅很有學問,而且他的文筆非常好,由他來寫有關半導體的故事,最適宜不過了。

  讀這本書,使我想起差不多四十年前的一件事,當時我在美國設計電晶體線路,有一天,我的上司將我們這些工程師叫到辦公室裡去,給我們看一個小小的東西,然後告訴我們,這是「積體電路」,我的上司說這真是一個神奇的大突破,因為這個積體電路裡有二十個電晶體。以目前的技術來看,一個積體電路裡只有二十個電晶體,那真是笑話了,可是在一九六三年,這的確是一個神奇的大突破。

  在一九六三年,我曾經看到一部比較老式的電腦,這部電腦有一排燈,一旦啟用,就會閃個不停,為什麼會閃呢?因為裡面有真空管。真空管開了就會亮,關了就會暗掉,我們可以想像得到這部老式電腦有多慢。除了速度慢以外,這種電腦的另一特徵是體積好大,我們電腦室裡的這部電腦佔了三面牆之多。

  半導體技術的進步使得電腦速度越來越快,體積越來越小,而且價格越來越便宜。我們桌上隨便那部電腦都比我當年看到的電腦厲害多了。這一本書詳詳細細地敘述了半導體進步的經過。

  當然,半導體的進步也使通訊技術一日千里,電訊技術加上電腦技術,使我們忽然有了網際網路,每一次我們使用網際網路,我們就應該感謝半導體科學家的努力。

  半導體技術最偉大的成就在於我們能製作超大型積體電路,一顆超大型積體電路體積雖小,但它的效能卻十分驚人,我們現在的電腦如此快速,全是因為我們會設計超大型積體電路的緣故。很多年前,我在清華大學,曾經推行一個運動:每一個電機系和資訊系的同學都應該學一下積體電路的設計。我國的半導體工業如果要更上一層樓,就必須比現在更重視積體電路的設計,這當然不是一件容易的事。

  「半導體」這三個字恐怕是目前報章雜誌最常提到的三個字,你如果不懂半導體是怎麼一回事,不妨看看李教授的書,至少以後當人家提到這個名詞的時候,你不會答不上口。

李家同(清華大學榮譽講座教授)

用户评价

评分

這本《半導體的故事》光是看到書名,就讓人聯想到那些在科技新聞裡閃爍的關鍵字:台積電、晶圓代工、摩爾定律,總覺得這類書籍多半是深奧的技術解析,或是枯燥的產業歷史年表,不太適合我這種平時只關心手機APP更新速度的普通讀者。我本來是抱著「了解一下也好」的心態翻開的,沒想到它在開篇就用了非常生活化的比喻,把半導體比作現代社會的「空氣」,無所不在卻又難以察覺,這種切入點立刻就抓住我的注意力了。作者似乎很擅長將複雜的物理概念轉化為清晰的畫面感,例如描述電子如何像在城市中穿梭的快遞員一樣,在矽晶圓這個「城市」裡完成傳輸任務,讓人讀起來完全沒有壓力。我特別欣賞它敘事上的層次感,不像有些科普書只停留在「是什麼」,而是花了大量的篇幅去探討「為什麼會是這樣」,像是追溯了早期美蘇冷戰時期對晶體管的需求如何催生了整個產業鏈,這種宏觀的歷史脈絡梳理,讓我覺得自己不只是在學知識,更像是在參與一場波瀾壯闊的時代變遷。那種從真空管的巨大笨重,到集成電路的小巧精密,中間跨越的技術鴻溝,描寫得驚心動魄,彷彿真的能聞到當年實驗室裡燒焦塑膠的味道,非常引人入勝。

评分

閱讀這本書的過程,體驗非常獨特,它不是那種一氣呵成、讀完就放下的速食讀物,而是需要時常停下來,對照著手邊的智慧型手機或筆記型電腦去反思。每當讀到關於記憶體技術演進的部分,我就會忍不住把手機翻過來看一眼,思考裡面那塊小小的SoC晶片是如何濃縮了數十年的科技結晶。最讓我覺得驚喜的是,它在結尾部分對於「未來十年半導體展望」的論述,並沒有落入常見的過度樂觀或悲觀的陷阱,而是提出了一種「多元異構運算」的趨勢,暗示著單純追求微縮的時代可能正在轉向,新的突破點會出現在材料科學、封裝技術乃至於量子計算的邊緣應用上。這種前瞻性的見解,讓我感覺這本書的價值不只停留在歷史回顧,更是為我們這些身處科技浪潮中的人,提供了一張未來幾年的「技術路線圖」的草稿。整本書的閱讀體驗,從一開始的好奇,到中間的學習震撼,最後帶著一種對未來科技發展的謹慎期待收尾,是一次非常充實且富有啟發性的知識之旅。

评分

老實說,我原本對這類偏硬的科普讀物是抱持著敬謝不敏的態度,總覺得自己理工科底子薄,讀起來肯定會卡關。然而,這本書的編排設計,特別是它對不同發展階段的章節劃分,非常適合像我這種想快速掌握重點,又怕被細枝末節淹沒的讀者。它的結構像是一個巨大的時間軸,從最早期的材料科學突破,逐步推進到製程的微縮化競賽,每一段都有明確的「主題人物」或「關鍵事件」作為錨點,讓讀者可以很輕易地在腦海中建立起知識地圖。我最欣賞的一點是,它並沒有刻意迴避那些專業術語,而是將其穿插在流暢的敘述中,然後立即提供一個簡潔的註解或類比,這種「先引導、後解釋」的寫法,讓我感覺作者非常尊重讀者的學習能力,不會一開始就用術語堆砌出一道高牆。讀完後,我發現自己雖然還是無法設計晶片,但至少在跟朋友聊到全球供應鏈問題時,能夠理解「EUV光刻機」背後所代表的巨大技術門檻和地緣政治意義,這種知識帶來的「升級感」,是讀完很多虛無飄渺的成功學書籍都無法比擬的實在感。

评分

從一個長期關注國際新聞的台灣讀者角度來看,這本書的價值遠超過單純的科普範疇,它提供了一個理解當前全球科技戰局的絕佳視角。書中關於半導體產業鏈地理分佈的分析,特別是對於台灣在全球生態系中扮演的「關鍵節點」角色的描繪,既讓我感到驕傲,也讓我深思未來的風險。作者在回顧特定歷史節點時,那種對技術人才流動、政府政策導向的細膩捕捉,完全吻合我們在地觀察到的許多現象,彷彿作者不僅是個局外的觀察者,更是一個身處局中的深度參與者。雖然書名聽起來是講述「發展與現況」,但它並沒有過度美化或簡化當前的挑戰,反而坦誠地指出了摩爾定律放緩、先進製程成本爆炸性增長等結構性難題。這種不回避矛盾的態度,讓我對這本書的客觀性給予高度肯定。它不只是在告訴我們台灣半導體有多厲害,更是在警示我們,建立在幾代人努力之上的領先地位,其實是多麼脆弱且需要持續投入巨大成本去維護的。

评分

這本書的文字風格,乍看之下似乎偏向嚴謹的學術論述,但細讀之下,會發現作者在行文間巧妙地埋藏了一些極富洞察力的個人見解,這讓整本書的厚度大大提升,擺脫了純粹的教科書氣息。它不是那種人云亦云地複述已知歷史,而是深入挖掘了背後決策者的心態和商業邏輯。例如,在討論英特爾(Intel)早期如何選擇「單一公司垂直整合」策略時,作者不僅僅是羅列了他們的技術優勢,更深入剖析了當時創辦團隊對於風險控制和市場壟斷的心理預期,這種對人性與商業博弈的解讀,讓整個半導體發展史變得更加立體和充滿戲劇張力。我個人特別喜歡它在處理專利戰爭和技術轉移時的筆法,充滿了時代的張力與無可奈何的宿命感,讓人讀到最後會產生一種「原來科技的進步,從來都不是單純的數學題,而是充滿了爾虞我詐的權力遊戲」的感慨。這種將硬核科技與人文、商業史融為一爐的寫作手法,確實是相當高明的,讓原本冰冷的技術敘事,瞬間擁有了鮮活的溫度和深度。

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