半導體超圖解：寫給未來人才的科技必修課，從IC原理、晶片製程到產業概況的最強視覺化解說

【前言】
人類所打造的奈米級世界，對半導體進化所寄予的高度期待

美國電影《驚異大奇航》現在仍被視為經典的老牌科幻電影，1966年上映時在全球引起轟動。該片講述為了拯救一位因腦出血而命在旦夕的科學家，救援隊連同潛航艇一起被縮小後潛入人體，並在體內展開行動以挽救病患性命的故事。

救援隊所被縮小的尺寸單位為「微米（μm）」。1μm（微米）是毫米（mm）的千分之一，相當於人體內部的細胞和紅血球等同樣大小。當時人們所能想像到的最小單位，就是微米大小。

然而，若以現今的科學技術來製作同樣的電影，被縮小的尺寸將更為極端，甚至一定會小到奈米等級。1奈米（nm）是1毫米的100萬分之一，病毒遠小於細菌，其大小約為10至300奈米，可想而知奈米有多麼微小。

若要以最新技術拍攝出被縮小到奈米等級的人類，他們將會處於怎樣的光景中呢？舞台將不再是細胞蠕動的人體，而是電子交錯飛舞穿梭的矽晶世界。廣大的矽晶片上，密布著僅50奈米寬的極小電晶體，如同摩天樓般聳立排列。在那裡，電訊號正以飛快的速度在電路之間流動著。

這個世界與《驚異大奇航》所描繪的不同之處，不僅僅是微米與奈米的差異。其決定性的不同，並非如人體般自然生成的世界，而是人類所創造出的極其微小且精密人工世界。
這正是我們將為您介紹的半導體世界。

所謂的半導體，是指如矽（silicon）所代表的，在特定條件下可以導電、有時又不導電的物質。這種具有特殊性質的材料，被廣泛應用於電子元件當中，這些元件亦稱為半導體。像我們每天使用的智慧型手機與家電產品中，就包含了大量的半導體。我們手中所擁有的世界，其實正是由無數微小的半導體所編織而成的廣大世界。

半導體的歷史始於1947年一種稱為「電晶體」之電子元件的發明。電晶體具有切換電流通與斷（開與關）的功能，將其轉換為0與1的訊號後，並利用於運算等，便催生了電腦的原型。自此之後，電腦產業便持續展開高性能化的競爭。這場競爭的關鍵在於，如何將電晶體做得更小，並將大量電晶體塞進一塊矽晶片之中。這場競爭，目前進展到將數十億甚至上百億個電晶體封裝在單一晶片上的現代。

生產半導體的產業，如今已發展成與汽車產業並駕齊驅的巨大產業。2023年的市場總銷售額已突破5,000億美元，而2026年預估市場規模將達到1兆美元的規模，未來仍將持續成長。

支撐這項預測性成長的關鍵背景，是未來即將展開的電腦技術革新。人工智慧（AI）的大躍進與在產業中的導入，以及足以取代現有電腦主流的量子電腦開發等，正在推動可能徹底改變未來20至30年社會樣貌的技術創新。而這場技術革新的核心，正是半導體技術的進化。

此外，半導體技術還肩負著另一項重要的使命。那就是協助我們避開現正面臨全球暖化所引發的氣候變遷危機。為了從造成地球暖化的化石燃料，轉向新的能源來源，半導體技術的貢獻備受期待。

為了實現這一切，最需要的是什麼？答案其實顯而易見。那就是擁有新知識與新世界觀的年輕人才。也許在不久的將來，網路上會充斥著這樣的求才廣告也說不定：
「招募活躍於奈米級最前線的工程師與創作者！」

【前言】
人類所打造的奈米級世界，對半導體進化所寄予的高度期待

美國電影《驚異大奇航》現在仍被視為經典的老牌科幻電影，1966年上映時在全球引起轟動。該片講述為了拯救一位因腦出血而命在旦夕的科學家，救援隊連同潛航艇一起被縮小後潛入人體，並在體內展開行動以挽救病患性命的故事。

救援隊所被縮小的尺寸單位為「微米（μm）」。1μm（微米）是毫米（mm）的千分之一，相當於人體內部的細胞和紅血球等同樣大小。當時人們所能想像到的最小單位，就是微米大小。

然而，若以現今的科學技術來製作同樣的電影，被縮小的尺寸將更...

【前言】人類所打造的奈米級世界，對半導體進化所寄予的高度期待

Part 1 歡迎來到半導體的世界
1.我們的生活被半導體所圍繞
2.半導體的世界極其精密，充滿壯闊的祕境
3.半導體產業在這40年間穩定成長並持續進化
4.我們所追求的智慧社會，其基礎總伴隨著半導體
5.用數位技術守護綠色地球，支撐數位與綠色的半導體

Part 2 支撐家電的半導體發展史
SEMI日本分會執行董事──濱島雅彥專訪
1.半導體的歷史從電晶體開始，電子電路的小型化從此展開
2.1970年代IC誕生，邁入半導體超小型化的時代
3.微處理器的登場創造出日本多功能家電
4.從1980年代後半期的CPU高效能化到90年代半導體感應器的大躍進
5.由遊戲機和手機牽引半導體進化的2000年代
6.半導體的快速進化開啟AI的全新時代

Part 3電與半導體的基礎知識
1.電的來源是從原子飛出的電子
2.電流流動的機制――導體、絕緣體、半導體
3.由矽製成的半導體基本形態，N型半導體與自由電子帶動電流
4.另一種基本形態，P型半導體以正孔（電洞）移動電流
5.半導體的三種功能――控制電流、放大、開關
6.使電流單向流動的元件――二極體的原理
7.電晶體具備的兩大功能，電流訊號的開關與放大
8.由極小零件組成的積體電路，以開與關運算的原理
9.微控制器是超小型電腦，了解微控制器的構造與功能
10.轉換為光與電的光電半導體，LED與影像感測器的原理
11.探索CPU的演進與誔生，將其比喻為設計事務所
12.儲存資料的半導體記憶體，認識RAM與ROM的差異與功能
13.3次元晶片、小晶片、高層堆疊記憶體，新半導體材料陸續誕生

Part 4 來自半導體製造現場的觀察
1.經歷急速成長的半導體業界之現在與未來
東京威力科創股份有限公司創社長・CEO──河合利樹專訪
2.首先，大致掌握半導體製造的整體流程
3.啟動新型半導體開發，電路設計與矽材料的採購
4.半導體製造於「晶圓清洗」後展開多樣化的薄膜積製程
5.以微影技術將電路圖案刻印在矽晶圓上
6.在蝕刻製程移除不需要的薄膜後，藉由離子植入以注入雜質
7.於矽晶圓進行積體電路製作，超精密半導體製作的關鍵步驟
8.電晶體的銅配線類似於傳統工藝的金屬鑲嵌技法
9.從晶圓完成到檢查，再到切割封裝製程
10.將矽晶片固定於基板的製程稱為「接合」
11.封裝、檢查以及刻印，半導體產品的最終完成階段

Part 5 了解全球半導體的產業概況
1.活躍於半導體業界的主要企業齊聚一堂
2.半導體產業中的主要企業，產業型態的變遷與現況
3.半導體廠商的自製與委外生產，其優點與缺點為何
4.晶圓代工由台積電獨占鰲頭，日本在製造裝置及材料領域的奮戰
5.掌握世界半導體產業主導權的六大地區，其競爭、合作及覇權
6.日本半導體產業復甦之路，最大課題為確保年輕人才

•結語
•參考文獻
・參考網站
•索引

【前言】人類所打造的奈米級世界，對半導體進化所寄予的高度期待

Part 1 歡迎來到半導體的世界
1.我們的生活被半導體所圍繞
2.半導體的世界極其精密，充滿壯闊的祕境
3.半導體產業在這40年間穩定成長並持續進化
4.我們所追求的智慧社會，其基礎總伴隨著半導體
5.用數位技術守護綠色地球，支撐數位與綠色的半導體

Part 2 支撐家電的半導體發展史
SEMI日本分會執行董事──濱島雅彥專訪
1.半導體的歷史從電晶體開始，電子電路的小型化從此展開
2.1970年代IC誕生，邁入半導體超小型化的時代
3.微處理器的登場創造出日本多功...