芯耀
2006
半導(dǎo)體的故事
在地殼中，含量最多的元素是氧與硅。人類離不開氧也離不開硅。約330萬年前，古人使用硅的原始形態(tài)石塊制作工具，那段時期被稱為石器時代；大約6000年以前，人類逐漸拋棄了石塊，進(jìn)入了青銅與鐵器時代。
在漸別石器時代長達(dá)萬年的時光中，人類與半導(dǎo)體相關(guān)的歷史不到兩百年。在第一個百年之中，留下記載的只是幾個跳動著的與半導(dǎo)體有少許關(guān)聯(lián)的事跡。
19世紀(jì)，人類觀測到了半導(dǎo)體的熱敏特性、光伏效應(yīng)、光電導(dǎo)效應(yīng)與整流這四大特性，但這些發(fā)現(xiàn)沒有引發(fā)足夠的關(guān)注。隨后幾十年，半導(dǎo)體生活在證明與證偽的爭辯之中，許多科學(xué)家認(rèn)為半導(dǎo)體不過是在絕緣體中摻雜了一些導(dǎo)體雜質(zhì)罷了。
20世紀(jì)的前半葉是一個科技爆發(fā)的時代，量子力學(xué)與相對論在這段時間先后出現(xiàn)，人類加速了向微觀世界及宇宙的探索步伐。與相對論相比，也許量子力學(xué)更為復(fù)雜，提出相對論的愛因斯坦，曾經(jīng)說過他思考量子力學(xué)的時間百倍于相對論。
量子力學(xué)是微觀世界的通行法則，起源于對黑體輻射現(xiàn)象的解釋，在科學(xué)家不斷質(zhì)疑原子組成結(jié)構(gòu)與電子運(yùn)行軌跡的過程中抵達(dá)高潮。能帶理論在此期間逐步成型，使世界上的物質(zhì)被劃分為導(dǎo)體、絕緣體與半導(dǎo)體。借助能帶理論，科學(xué)家合理解釋了半導(dǎo)體材料的四大特性，此后不再有人繼續(xù)質(zhì)疑半導(dǎo)體材料的存在。
半導(dǎo)體是一種介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料，是電子信息產(chǎn)業(yè)的基石。半導(dǎo)體材料的第一個應(yīng)用是無線通信領(lǐng)域中使用的二極管。在二戰(zhàn)期間，半導(dǎo)體材料的提純工藝日趨成熟。戰(zhàn)后不久，晶體管問世，硅結(jié)束了長達(dá)萬年的等待，作為半導(dǎo)體材料而不是石塊被人類重新發(fā)現(xiàn)。
晶體管的問世是人類科技史冊中的一個重大里程碑，此后半導(dǎo)體材料具有了更加廣闊的發(fā)展空間。潘多拉魔盒被再次打開，這一次人類收獲了希望。在晶體管誕生后不足百年的時光里，人類取得的科技成就幾乎超越了之前幾百萬年的總和。
半導(dǎo)體的出現(xiàn)使萬生巨變。此后的地球，比過去“小”許多；此后的時間，比過去“快”許多；此后的人類，比過去謙卑許多。
半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的理論基石是量子力學(xué)。量子力學(xué)不僅是一門知識，也是一種哲學(xué)思考。對量子力學(xué)多一些了解，會多一種看待這個世界的方式。正是因?yàn)檫@個原因，書中將嘗試勾勒出量子力學(xué)的輪廓。
量子力學(xué)之外，半導(dǎo)體還與多門交叉學(xué)科相關(guān)，共同組成了復(fù)雜的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈。在這個鏈條中，上游是半導(dǎo)體設(shè)備、材料與軟件工具；下游是半導(dǎo)體的應(yīng)用，包括計(jì)算、存儲、通信與其他領(lǐng)域；半導(dǎo)體制造在之間承上啟下。
今天為大家隆重推薦一本新書《半導(dǎo)體簡史》，這本書在介紹半導(dǎo)體全產(chǎn)業(yè)鏈的過程中逐步展開，由三條主線構(gòu)成，分別為基礎(chǔ)線、應(yīng)用線與制造線。
基礎(chǔ)線集中出現(xiàn)在第1章與第5章中，并貫穿全書，覆蓋了量子力學(xué)、凝聚態(tài)物理與光學(xué)的一些常識。這兩章的部分內(nèi)容，枯燥無味并不易讀，簡短的篇幅也很難將這些內(nèi)容完全覆蓋。筆者書寫這段文字時亦感枯燥無味，也不止一次想刪除掉這些內(nèi)容，卻最終將其完整保留，因?yàn)檫@些枯燥與無味正是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的立基之石。
應(yīng)用線的主體由第2章與第3章構(gòu)成。
第2章介紹半導(dǎo)體的起源，以及晶體管、集成電路誕生的那段波瀾壯闊。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)從通信領(lǐng)域開始，并逐步過渡到存儲領(lǐng)域，最終在計(jì)算領(lǐng)域蓬勃興起，在整合存儲與通信領(lǐng)域的過程中，建立了電子信息產(chǎn)業(yè)的基石。
第3章介紹計(jì)算世界。電子信息時代始于計(jì)算，精彩之處亦在于計(jì)算。電子信息產(chǎn)業(yè)的三次浪潮，大型機(jī)、PC與智能手機(jī)時代與計(jì)算領(lǐng)域密切相關(guān)。對通信、存儲與計(jì)算領(lǐng)域的描述組成了本書的應(yīng)用線。
制造線的部分內(nèi)容出現(xiàn)在第2章與第5章，主體集中在第4章，圍繞半導(dǎo)體的制造，特別是集成電路的制造展開。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的上游，即設(shè)備與材料在第2、4與5章均有介紹，是制造線的基礎(chǔ)，也是核心。
本書第5章暨最后一章介紹“光”。半導(dǎo)體材料與“光”直接相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，包括光伏與顯示領(lǐng)域。半導(dǎo)體制作離不開“光”，光刻機(jī)是最重要的半導(dǎo)體設(shè)備。該章在最后簡述了中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的過去、現(xiàn)在與未來，這段歷程由希望譜寫，是中國半導(dǎo)體人生命中的光。
本書結(jié)構(gòu)
在三條主線中，基礎(chǔ)線相對晦澀，主要為18～25歲的年輕人準(zhǔn)備，是理解半導(dǎo)體材料科學(xué)的關(guān)鍵。多數(shù)讀者可以將這些內(nèi)容略去，并不會影響閱讀的連續(xù)性。
本書的作者希望更多的年長一代，愿意對這些內(nèi)容多一些了解。這一代人中的絕大多數(shù)可能很難在基礎(chǔ)科學(xué)上做出更大的突破，但是可以為年輕一代提供創(chuàng)新的土壤，與支撐創(chuàng)新所必須要有的寬容。
三大主線涉及了大量與半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)相關(guān)的歷史?；仡欉@段歷史不僅代表要了解過去，也是在近距離觀察著今天與未來。一切歷史都是當(dāng)代史，相同的歷史在不同的年代，有著不同的解讀。歷史是一面鏡子，在鏡中我們尋找未來。
書中出生于19世紀(jì)中葉之前的著名人物，與絕大多數(shù)諾貝爾獎獲得者使用了中文名稱。這里不僅是為了表示尊敬，更是因?yàn)檫@些人，以及與對這些人的稱呼，在中文世界中已經(jīng)有著約定俗成的表述。
本書的作者從幾年之前開始準(zhǔn)備這本書籍，期間寫寫停停。在此期間，重溫了從電磁學(xué)開始的許多課程，在告別學(xué)生時代幾十年后，對這些課程也有了一些新的體會。書籍的名稱經(jīng)過反復(fù)推敲，最后確定為《半導(dǎo)體簡史》。
撰? 稿? 人：張璐
責(zé)任編輯：李馨馨
審? 核? 人：時靜
