【讀書心得】圖解半導體：從設計、製程、應用一窺產業現況與展望

作者：井上伸雄, 藏本貴文

譯者：陳朕疆

出版社：台灣東販

出版日期：2022/10/26

語言：繁體中文

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《圖解半導體：從設計、製程、應用一窺產業現況與展望》是一部引人入勝的入門書，旨在解釋當今世界不可或缺的半導體技術，並讓讀者從最基本的層面了解這一產業的核心技術與未來趨勢。這本書試圖解答的問題不僅僅是「什麼是半導體」，還包括它在現代社會中的應用和重要性。

半導體產業被譽為現代科技的心臟，因為它廣泛應用於我們日常生活的各個方面。從智慧手機到汽車，從醫療設備到先進的通訊技術，無不依賴於半導體。書中由淺入深地介紹了這個產業的發展歷程、技術細節，以及對未來的展望，讓讀者能夠透過一個簡單的框架去理解這個高度技術性領域的複雜性。

半導體技術的核心功能

首先，半導體的功能可以簡單地分為兩大類：控制電流與電壓和運算。控制電流與電壓的部分主要涉及類比半導體，例如開關、轉換電能（如LED）和放大微弱訊號。這些技術廣泛應用於電子產品中，例如自動化機器、音訊設備及照明技術。而數位半導體則負責「思考」，也就是處理數據並進行邏輯運算。中央處理器（CPU）、微控器等設備正是數位半導體運算功能的體現。

書中對於這兩大功能的解析，透過易懂的例子和圖示，幫助讀者理解半導體如何從基礎電學原理發展出如此廣泛且關鍵的應用。半導體並不僅僅是單一器件，而是通過結合不同技術與材料來創造一個多功能的電子元件，具備高度的可擴展性與應用潛力。

半導體製程的三大階段

接著，書中介紹了半導體的製程，可以大致劃分為三個主要階段：設計階段、前段製程和後段製程。這三個階段是製造半導體產品的關鍵，每個環節都至關重要。

• 設計階段：這是確定半導體產品功能與特性的階段。設計工程師將根據需求來開發特定用途的半導體，並以數位模擬技術來驗證產品的運作。

• 前段製程：在這一階段，半導體材料（如矽片）會被加工成特定的結構，這過程中包括光刻、擴散、沉積等一系列工序，最終製造出具備所需電學特性的晶片。

• 後段製程：完成前段製程的晶片會進入封裝與測試階段。封裝的目的是將晶片保護起來，避免其受到外界的污染與損壞，同時確保它能夠順利地連接到其他電子元件。測試則是為了確認晶片的運作是否符合設計規範。

這三個階段相互配合，構成了半導體從設計到實際應用的完整生產流程。書中對每個階段進行了詳細解說，讓讀者可以透徹理解每個環節的重要性。

半導體技術的歷史背景

書中對於半導體技術的歷史演變也做了簡明的介紹。從早期的晶體管到如今高度集成的晶片，半導體技術經歷了飛速的發展，但其根本原理並沒有太大的變化。這反映了半導體作為一種基本技術的穩定性與持續性。

例如，書中提到了經典的肖克利、巴丁、布拉頓三人團隊發明的晶體管，這是現代電子工業的基石之一。隨著技術的不斷革新，晶體管從簡單的放大器發展為現今電腦核心部件的基礎。進入現代，晶體管進一步演變為MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管），這是一種用於現代IC（集成電路）與LSI（大規模集成電路）的關鍵技術。

半導體的多元應用

本書還探討了半導體在各個領域的應用。從家用電子產品到高端工業設備，半導體技術無所不在。比如，半導體被應用於光學元件中，如LED和太陽能電池，這些技術已經改變了我們的能源使用方式。此外，半導體在無線通訊中的應用也至關重要，它支撐了我們日常生活中的手機通訊、無線網絡等技術。

書中特別提到了摩爾定律，它是現代半導體發展的指導原則之一，預測了半導體晶片上所能容納的晶體管數量會以每18至24個月翻倍。這個趨勢在過去幾十年裡大體上得到了驗證，也推動了半導體技術的快速發展。然而，隨著半導體微縮技術逐漸接近物理極限，業界也開始尋求新的技術突破，例如量子計算、神經網絡晶片等新興技術。

結語

《圖解半導體》以簡潔的文字和生動的圖示，從半導體的基本概念到現代最先進的技術，幫助讀者系統化地理解這一關鍵領域。不論是工程師還是對技術感興趣的一般讀者，都能從中學到豐富的知識。

這本書的目的是讓讀者能夠從不同的角度看待半導體產業，無論是技術層面還是商業層面。透過了解半導體的運作方式和製造過程，讀者不僅能掌握這些技術的基本原理，還能洞悉其在產業中的應用和未來發展。