半導體科技ㄧ點都不難：有趣實驗帶你認識生活中的半導體

第一章 半導體科技史
第一節 電子的發現
第二節 真空管電子時代
第三節 半導體電子時代—簡介半導體
第四節 半導體電子時代的科學史
第五節 臺灣的半導體產業沿革

第二章 直流、交流與整流
第一節 檢視直流電、交流電和整流的定義
第二節 簡介二極體
第三節 直流電、交流電和整流的實驗測試
第四節 二極體的橋式整流
第五節 吹風機中的橋式整流

第三章 由LED探索色光的分散與疊加
第一節 會變色的LED小夜燈
第二節 一顆三色疊加的七彩LED燈珠
第三節 嘗試設計一盞我們自己的LED神燈
第四節 簡介LED發光二極體

第四章 用偏光片體驗偏振光
第一節 偏光立體眼鏡
第二節 偏光片與偏振光
第三節 偏光片的多元驗證實驗
第四節 設計兩種膠帶偏光玩具
第五節 偏光片與偏振光的生活科技

第五章 順藤摸瓜 一探液晶顯示器
第一節 生活中的液晶顯示器
第二節 液晶顯示器裡的基本構造與功能
第三節 液晶顯示器的畫素單位
第四節 螢幕顯示器的演變
第五節 初探液晶顯示器的學習歷程

第六章 電晶體
第一節 由真空管說起
第二節 發現半導體p-n接面二極體
第三節 點觸式電晶體
第四節 雙極接面電晶體
第五節 金氧半場效電晶體
第六節 晶圓
第七節 「先進封裝」CoWoS的技術與AI

第七章 電晶體實驗
第一節 動手實作分析電晶體的電路
第二節 從實驗探究電晶體的功能
第三節 由「聲音」檢視電晶體可放大訊號
第四節 「後設認知」的理論與實踐

第八章 新一代的人工照明—LED燈
第一節 LED手電筒
第二節 出口指示燈
第三節 LED的照明

第九章 光控夜燈—光敏電阻應用實例
第一節 由光控小夜燈說起
第二節 探索電路中的光敏電阻與電晶體
第三節 再探電路中的光敏電阻與電晶體
第四節 工程警示燈

第十章 電磁爐與溫控風扇—熱敏電阻的應用實例
第一節 簡介
第二節 電磁爐
第三節 用溫控風扇模型探索半導體電路

第十一章 簡易電子樂器初探
第一節 石墨可以導電
第二節 電子樂器的靈魂 電晶體和IC
第三節 電子樂器的電磁喇叭和麥克風

第十二章 紅外線感應偵測器
第一節 屋內玄關天花板上的感應器
第二節 紅外線電風扇與光電半導體
第三節 健康的守護者 自動酒精噴霧器

第十三章 光電煙霧偵測器
第一節 光電煙霧偵測器的內部構造
第二節 光電煙霧偵測器的光電耦合
第三節 一般住宅用光電式火災煙霧偵測器

第十四章 太陽能電池
第一節 試用太陽能電池
第二節 太陽能電池的基本科學原理
第三節 太陽能電池與四季的日升日落
第四節 深入探索「太陽追蹤器實體模型」
第五節 學習心得、願景與後續活動

第十五章 電感升壓電路中的電晶體
第一節 電磁感應線圈中的電感器
第二節 「焦耳小偷電路」與電晶體
第三節 焦耳小偷電路的DIY

第十六章 電蚊拍與半導體
第一節 由電蚊拍簡探一般的變壓器
第二節 電蚊拍裡的電晶體當了電子開關
第三節 焦耳小偷電路的升級版在電蚊拍裡

第十七章 踢躂舞公仔中的半導體
第一節 手機充電器的回收再利用
第二節 踢躂舞公仔的結構和電路分析

第十八章 石英鐘與積體電路
第一節 分析時鐘的鐘面
第二節 探索石英鐘裡的馬達
第三節 石英鐘裡的電流和電路
第四節 積體電路與石英晶體
第五節 壓電和反壓電實驗
第六節 石英鐘裡的齒輪組

後記—我與半導體的奇妙緣份

序

寫在書前

　　我們臺灣今日最重要的產業，就是以晶圓代工領頭的半導體大軍，當年的執政高層明見千里，克服萬難㽮築護國神山，歷經四十餘年銳意進取、屨創新猷，如今已經獨居全球領導地位，更是國家的經濟命脈所繫。

　　然而歷史告訴我們：產業生命有其週期，要想持盈保泰必須投入大量資源不斷研發，以期與時俱進、日新又新。

　　眾所皆知科學園區的工作待遇優渥，是無數理工科學子就業的首選目標，過去臺灣的高等教育，在這方面的人才培育可說是不遺餘力，也著實獲致豐碩的成果，然而放眼未來，這種只重視產發專業人才的培育方式，是否足夠應付全球日益高度E化的挑戰？

　　臺灣被媒體形容為矽晶之島，各個科技先進國家提到臺灣，幾乎都跟晶圓代工畫上等號，可是我們的同胞普遍不認識半導體，容我點出這其中隱藏的危機：如果沒有做好認識半導體的全民教育，在不久的將來，勢必面臨產業多元化所需的人資斷層。

　　半導體電子時代的來臨，使人類文明呈現跳躍式的快速成長與改變，我們何其有幸生逢其時見證此事，感恩之餘，身為一名投身科學教育半世紀的老兵，反思自己還能貢獻什麼？從新竹教育大學屆齡退休之後，我並沒有放下教學和研究的工作，發現了半導體基礎知識入門的重要性，以臺灣的現狀而論，只有在大學的相關科系才開設正式課程，而在諸多先進國家，卻早已向下紮根到中小學課程之中。

　　有鑑於此，就展開了研究調查，發現這種課程和STEAM教育最為契合，再藉由自己所擅長的「教材與教法」切入，將電子學和半導體從頭學習起，發現只有這樣，才能夠把這一門看似高深的專業學問，科普給社會大眾，並且能夠帶進校園。

　　我們的科學種子教師營，利用暑假向國中小教師們介紹生活中的半導體，同時也研習國民中小學自然與生活科技的銜接課程。由2012年開始到2019年歷經八年。這樣的研習課程由生命樹協會主辦；新竹科學園區臺灣應用材料公司贊助；FM96.7環宇廣播電臺、新竹市虎林國小協辦。

　　但願臺灣人引以自豪的，不但有這樣的明星產業，我們的孩子也能夠認識這一門明星學科的科普知識，讓矽晶之島這塊「晶字招牌」永續發亮發光。

　　為成此書，我以高齡挑戰重新學習，將自己歸零為一名電學素人，努力搜集坊間能買到的實體書籍，大量閱讀之後建立先備知識，然後上網反復跟隨相關開放課程，於重點及不甚明白處皆勤加筆記，才能藉此具體而有效率地請教專家，務必力求「知之為知之」。

　　多年科學教育工作，讓我養成了一個工作的好習慣，只要將科學理論理解之後，立即開起實驗模式來檢驗以深化學習。初步預定以「生活中的半導體」為探究目標，經由課程設計，先落實到師資培育課程之中，再推廣到中小學的教室裡，進行多年試教之後，得到多方肯定的成果，給我勇氣和信心彙整付梓，希望能夠拋磚引玉，為全民科普作出微薄貢獻。

　　科技發展日新月異，本書的主旨不在於介紹最尖端的科技產品（這些資訊在網路上信手搜尋俯拾即是，待得書成往往已是昨日黃花），而在正本溯源，以電晶體為本書主軸，搭配半導體科技與科學實驗設計，經緯交織搭建起通往現今世界的知識橋樑。「主動探究」是精進學習的不變原則，而「深入淺出」則是我們信奉遵行的寫作立場，希望從國小高年級開始，直到對社會普羅大眾都能做出推廣半導體相關知識的一點貢獻。

　　書中旁徵博引，資料繁雜難免，舉凡電路分析等專業內容，如果一時造成閱讀上的負擔，建議讀者不妨先行略過，等到通篇完讀後，覺得有需要時再回頭參考印證。