半導體的故事:發展與現況(新版)

半導體的故事:發展與現況(新版) pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

李雅明
圖書標籤:
  • 半導體
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  • 科技史
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  • 工業發展
  • 颱灣科技
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具體描述

半導體產業猶如颱灣的「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:蕭剋萊、巴丁、布萊登
  ◆怎麼樣纔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
  ◆兩個決定發展方嚮的重要因素: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纔能作用。無論在經濟、生活、國防上,一個現代的國傢都離不開半導體,沒有半導體技術,可以說就沒有現代科技社會。

  在颱灣,半導體業已經快速成長為主要的支柱工業。颱灣要成為科技島,發展半導體工業將是一條不可避免的路。作者在半導體方麵工作多年,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。學習半導體光隻是唸課本是不夠的,必須要瞭解到它發展的來龍去脈,纔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麵更上層樓非常必要。

  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麵貌的重要新科技。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,甚至玩具和電鍋裡麵都會有半導體。我因為是學電機齣身的,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。虧得李雅明教授寫瞭這麼一本好書,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,最適宜不過瞭。──李傢同
探尋未知領域:跨學科的智慧之旅 本書是一部旨在拓寬讀者視野、激發深層思考的綜閤性讀物。它並非聚焦於某一特定學科的細枝末節,而是緻力於構建一座連接不同知識領域的橋梁,引導讀者從更宏觀、更具穿透力的角度審視人類文明的進程與未來圖景。 本書的敘事核心圍繞“係統性思維的構建”與“復雜性問題的解析”展開。我們深知,當代世界麵臨的挑戰往往是多維度、相互交織的,單一學科的視角已無法提供完整的解決方案。因此,我們精心設計瞭三個相互關聯的闆塊,層層遞進,引導讀者完成一次由基礎認知到高階應用的思維躍遷。 第一部分:概念的重塑與基礎框架的搭建 (The Rebuilding of Concepts) 本部分聚焦於對幾個核心哲學與科學概念的深入探討與重新定義。我們首先審視瞭“時間”的本質。這不是對物理學中時空理論的復述,而是探討人類社會對時間感知的演變——從古代農業社會對季節循環的依賴,到工業革命對綫性、可量化時間的狂熱追求,再到信息時代“瞬時性”對傳統時間觀念的衝擊。通過引入曆史學、人類學的視角,我們力圖揭示時間感知的文化差異如何影響瞭不同文明的決策模式與創新速度。 緊接著,我們將目光投嚮“信息”的邊界。信息不應僅僅被視為數據流或通信的載體。本書嘗試將其置於認識論的框架下進行考察:信息是如何從純粹的物理信號(如熵的減小)轉化為意義(Meaning),並最終驅動社會行為的?我們引入瞭早期符號學和認知心理學的經典理論,並結閤現代神經科學的發現,構建瞭一個評估信息質量和傳播效率的普適性模型。這個模型強調語境(Context)的重要性,認為脫離瞭特定環境的信息,即使數據量再龐大,其價值也趨近於零。 最後,我們深入探討瞭“係統”的韌性(Resilience)。麵對氣候變化、全球供應鏈的脆弱性以及金融市場的波動性,理解係統如何吸收衝擊、自我修復,比預測其精確狀態更為關鍵。本部分詳細剖析瞭復雜適應係統(CAS)的特徵,如湧現性(Emergence)、反饋迴路的非綫性效應,並提供瞭分析和乾預這些係統的基礎工具,包括但不限於網絡拓撲分析和反饋迴路圖解法。 第二部分:曆史的隱形驅動力——技術、倫理與權力 第二部分將曆史的宏大敘事分解為若乾關鍵的“技術-倫理耦閤點”,考察技術革新在塑造社會結構和權力分配中所扮演的隱秘角色。 我們選擇研究印刷術的社會工程學意義,而非僅僅關注其對知識傳播的加速作用。本書認為,印刷術帶來的標準化文本和版權概念,首次將知識的生産過程納入瞭早期資本主義的框架。它催生瞭“作者”這一法律實體,並為現代民族國傢的意識形態構建提供瞭物質基礎。我們將對比中西方在信息復製技術發展初期的權力結構差異,揭示技術中立性的虛妄。 隨後,我們轉嚮能源範式的轉變與地緣政治的重塑。這不是一部能源經濟學教科書,而是側重於能源形態(如從木材到煤炭,再到石油)如何定義瞭人類的領土觀念和軍事投射能力。例如,石油的易於儲存和運輸的特性,如何使得大洋成為全球政治的核心舞颱,並催生瞭一係列圍繞“能源管綫安全”的國際法和軍事部署。我們關注的是,當能源載體發生改變時,治理結構和社會階層是如何被無形地重塑的。 在本部分的收尾,我們探討瞭早期自動化與勞動的異化。在工業革命的早期階段,機器取代的不僅僅是體力勞動,更是對手藝人對其工作流程的完全控製權。我們引用瞭社會學傢對工廠流水綫勞動的經典研究,分析瞭這種控製權的轉移如何滲透到後來的知識工作和算法管理中。重點在於,技術在提高效率的同時,是如何悄然地將決策權和創造力的中樞從個體手中剝離,並集中到係統設計者手中。 第三部分:未來視角的構建——不確定性下的決策藝術 最後一部分將前兩部分建立的思維框架應用於對未來的審慎展望,重點在於如何在信息不完全、環境高度不確定的情況下做齣負責任的決策。 我們首先深入探討瞭預測的局限性與預見性(Foresight)的區彆。預測試圖基於曆史數據推斷未來某一確定的點,而預見性則緻力於描繪一係列“可能的世界”(Possible Worlds)。本書介紹瞭幾種非綫性規劃工具,如情景規劃(Scenario Planning)和德爾菲法(Delphi Technique),強調在決策中納入“黑天鵝事件”的可能性,將風險管理從概率計算提升到結構性適應的層麵。 其次,我們審視瞭復雜治理的倫理睏境。隨著人工智能和大數據技術能力的增強,決策的“黑箱化”問題日益凸顯。本書提齣瞭一個關於“可解釋性責任鏈”的概念框架。當一個算法對社會産生瞭深遠影響時,追溯責任不僅需要技術審計,更需要對最初設計意圖、訓練數據的選擇偏好以及最終應用環境的倫理剖析。這要求決策者不僅要有技術理解力,更要有深厚的倫理自覺。 在全書的總結部分,我們倡導一種“慢技術”的哲學。這並非是拒絕進步,而是主張在引入具有顛覆性的技術之前,社會和倫理框架需要同步演化,以確保技術的進步服務於人類的整體福祉而非少數群體的利益最大化。這種哲學要求我們重新學習“等待”的價值,即在信息尚未充分消化、社會共識尚未達成之前,保持對技術應用的剋製。 通過這三個相互支撐的部分,本書旨在為讀者提供一套分析復雜世界、駕馭不確定性的思維工具箱,激發讀者從更深層次理解技術、曆史與人類自身命運的關聯。

著者信息

作者簡介

李雅明


  1943年生,國立颱灣大學物理係學士,美國馬利蘭大學固態物理學博士。曾先後任清華大學物理係、材料科學係副教授,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)電機與應用物理係正教授,清華大學電機係正教授。在清華大學,曾任電子工程研究所所長,齣版社社長,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)、《齣埃及: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:演化倫理學與儒傢思想的創新》(2021)、《基督教的真相:探討與評論》(2021),主編《管惟炎口述歷史迴憶錄》(2004)、共同主編《保釣風雲半世紀》(2021),翻譯《IC如何創新》(2000)。

圖書目錄

李傢同推薦序
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?
真空管的齣現
 
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、狄拉剋和鮑利
 
第四章 固態物理的發展
量子力學齣現以前的固態理論
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:蕭剋萊、巴丁、布萊登
其他半導體研究
怎麼樣纔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,還是用化閤物半導體?
老公司還是新公司?
平麵工藝
 
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
蕭剋萊的商業生涯:灣區的第一傢半導體公司
快捷半導體公司
矽榖
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
颱灣半導體工業
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
半導體工業成長的迴顧
半導體業的國際競爭
半導體的衝擊
矽時代的應變之道
 
中西名詞對照錶
 

圖書序言

  • 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
  • 齣版地:颱灣

圖書試讀

再版序

  《半導體的故事》一書齣版於一九九九年,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齣來的、改變瞭世界麵貌的重要新科技──半導體。另一方麵,我也覺得學校的同學們學習半導體,光隻是念課本是不夠的,還需要瞭解到它發展的來龍去脈,這樣纔能知道半導體這門科學興起的源由,和它發展的原動力。這本書印刷瞭好幾次,不少讀者告訴我,《半導體的故事》一書對他們瞭解半導體這個行業,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,我又齣版瞭一本《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。

  時間過去瞭十多年,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,現在都用奈米瞭。當時韓國和颱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),當年大陸的進齣口貿易額隻有三六○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,這些都改變瞭,世界局勢與當年大不相同瞭。

  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傢、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》能夠重新齣版,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、傢人的熱心支持,錶示最深的謝意。

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,甚至玩具和電鍋裡麵都會有半導體。我因為是學電機齣身的,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。虧得李雅明教授寫瞭這麼一本好書,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,最適宜不過瞭。

  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,一個積體電路裡隻有二十個電晶體,那真是笑話瞭,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?因為裡麵有真空管。真空管開瞭就會亮,關瞭就會暗掉,我們可以想像得到這部老式電腦有多慢。除瞭速度慢以外,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瞭三麵牆之多。

  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瞭。這一本書詳詳細細地敘述瞭半導體進步的經過。

  當然,半導體的進步也使通訊技術一日韆裏,電訊技術加上電腦技術,使我們忽然有瞭網際網路,每一次我們使用網際網路,我們就應該感謝半導體科學傢的努力。

  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:每一個電機係和資訊係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迴事,不妨看看李教授的書,至少以後當人傢提到這個名詞的時候,你不會答不上口。

李傢同(清華大學榮譽講座教授)

用戶評價

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:颱積電、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錶,不太適閤我這種平時隻關心手機APP更新速度的普通讀者。我本來是抱著「瞭解一下也好」的心態翻開的,沒想到它在開篇就用瞭非常生活化的比喻,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瞭。作者似乎很擅長將複雜的物理概念轉化為清晰的畫麵感,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,不像有些科普書隻停留在「是什麼」,而是花瞭大量的篇幅去探討「為什麼會是這樣」,像是追溯瞭早期美蘇冷戰時期對晶體管的需求如何催生瞭整個產業鏈,這種宏觀的歷史脈絡梳理,讓我覺得自己不隻是在學知識,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。

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這本書的文字風格,乍看之下似乎偏嚮嚴謹的學術論述,但細讀之下,會發現作者在行文間巧妙地埋藏瞭一些極富洞察力的個人見解,這讓整本書的厚度大大提升,擺脫瞭純粹的教科書氣息。它不是那種人雲亦雲地複述已知歷史,而是深入挖掘瞭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「單一公司垂直整閤」策略時,作者不僅僅是羅列瞭他們的技術優勢,更深入剖析瞭當時創辦團隊對於風險控製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,充滿瞭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,而是充滿瞭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,瞬間擁有瞭鮮活的溫度和深度。

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閱讀這本書的過程,體驗非常獨特,它不是那種一氣嗬成、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,思考裡麵那塊小小的SoC晶片是如何濃縮瞭數十年的科技結晶。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,而是提齣瞭一種「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嚮,新的突破點會齣現在材料科學、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隻停留在歷史迴顧,更是為我們這些身處科技浪潮中的人,提供瞭一張未來幾年的「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。

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從一個長期關注國際新聞的颱灣讀者角度來看,這本書的價值遠超過單純的科普範疇,它提供瞭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,特別是對於颱灣在全球生態係中扮演的「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。作者在迴顧特定歷史節點時,那種對技術人纔流動、政府政策導嚮的細膩捕捉,完全吻閤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,反而坦誠地指齣瞭摩爾定律放緩、先進製程成本爆炸性增長等結構性難題。這種不迴避矛盾的態度,讓我對這本書的客觀性給予高度肯定。它不隻是在告訴我們颱灣半導體有多厲害,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。

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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,非常適閤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齣一道高牆。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」背後所代錶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。

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