被稱做「產業核心」的半導體究竟是什麼呢？

半導體哪裡厲害？有哪些種類與功能？活躍於哪些領域呢？

本書將從「半導體」最基礎的部分講起，

再提及IC、LSI、記憶體與LED等等，

用簡單明瞭的方式說明它們的機制及運用。

我們的周遭隨處可見半導體的蹤影。

事實上，不管是需要插電的機器，還是裝有電池的機器，一定都會用到半導體。

反過來說，要是沒有半導體，就沒辦法運用電力。

要是半導體突然消失，世界上的人們就會突然無法使用電力。

半導體的功能大致上可以分成2種，

一種是「控制電流、電壓」，一種則是「思考」。

控制電流、電壓的半導體也叫做類比半導體，其用途包含

①開關：可以將電流切換成通路或斷路。

②轉換：例如名為LED的半導體，便可將電流轉換成光。

③放大：將微小的訊號透過放大器放大。

負責思考的半導體，也叫做數位半導體。

大家應該有聽過CPU、微控器、處理器等名詞吧？

這些是利用半導體的「思考」功能製作而成的產品。

而記憶體則是利用其「記憶」功能製作而成的產品。

半導體的製作過程大致上可以分成3個階段。

設計工程→前段製程→後段製程（含封裝、測試）

書中也會以淺顯的方式說明各個階段所要進行的工程與原理。

仔細回顧半導體黎明期的技術，會發現即使經過了半世紀，

根本的原理、技術仍沒有太大的改變。

本書以半導體技術的基礎與歷史為基礎，增添現代半導體技術的相關內容。

不只會詳細介紹各種基本技術，

也會說明為什麼這些是必要的技術，幫助讀者理解整個脈絡。

希望讀者讀過本書後，能夠了解到半導體的根本技術，

從半導體運用方式的工程師觀點、商業觀點，以及各種不同面向，看待整個半導體產業。

作者

井上伸雄

1936年出生於福岡市。1959年畢業於名古屋大學工學部電氣工學科，進入日本電信電話公社（現在的NTT）工作。於該公司的電氣通訊研究所研究開發數位傳輸、數位網路等技術。1989年成為多摩大學的教授，現為該大學的榮譽教授。工學博士。

在電氣通訊研究所工作時，致力於日本數位傳輸的實用化，之後亦參與了高速數位傳輸方式與數位網路的研究開發。從日本開始發展數位通訊產業起，25年來皆致力於數位通訊技術的研究。

1989年離開NTT後，於日經Communication誌（日經BP社）連載網路講座專欄。以此為契機，開始執筆寫書，希望能用簡單易懂的方式說明通訊技術。至今寫過的主要作品包括《情報通信早わかり講座》（共著，日經BP社）、《通信＆ネットワークがわかる事典》、《通信のしくみ》、《通信の最新常識》、《図解 通信技術のすべて》（以上皆為日本實業出版社）、《基礎からの通信ネットワーク》（OPTRONICS社）、《「通信」のキホン》、《「電波」のキホン》、《カラー図解でわかる通信のしくみ》（以上皆為SB Creative）、《図解 スマートフォンのしくみ》（PHP研究所）、《モバイル通信のしくみと技術がわかる本》（animo出版）、《通読できてよくわかる電気のしくみ》、《情報通信技術はどのように発達してきたのか》（以上皆為Beret出版）、《圖解電波與光的基礎和運用》（東販出版）等。

興趣是海外旅行（超過70次，曾到訪40個以上的國家），與觀看東京六大學棒球賽。從昭和20年秋的早慶戰以來，幾乎每季都會到神宮球場觀戰，是個老早稻田迷。

藏本貴文

1978年1月出生於香川縣丸龜市。關西學院大學理學部物理學科畢業後，為了在尖端物理的研究與應用上更進一步，進入半導體大廠工作。目前的專業是以微積分、三角函數、複數為工具，用數學式模擬、說明半導體元件的特性。

除了是現役工程師之外，還有個作家副業。撰寫數本以科學、科技為核心的科普書（自著），也和其他作者合作商管書籍、實用書籍。另外，還參與電子書的編輯、製作。

著作包括《数学大百科事典 仕事で使う公式・定理・ルール127》（翔泳社）、《解析学図鑑：微分・積分から微分方程式・数値解析まで》（Ohm社）、《学校では教えてくれない!これ1冊で高校数学のホントの使い方がわかる本》（秀和System）等。

目錄

目次

前言

序章　半導體的世界

1　半導體厲害在什麼地方？

2　半導體的種類與用途

3　如何製造半導體

4　半導體活躍的領域

第1章　半導體是什麼

1-1　半導體以前的半導體

—從礦石收音機到電晶體

1-2　半導體就是這種東西

—溫度與雜質可提高電導率

1-3　製造高純度的半導體結晶

—以柴可拉斯基法製造的矽錠

1-4　半導體內的電子

—自由電子與電洞是「電的運送者」

1-5　半導體可分為n型與p型

—由摻雜了哪種物質決定

1-6　由p型與n型半導體結合而成的二極體

—製成整流器或檢波器

1-7　鑽石是半導體嗎？

—或許能製成究極的半導體

1-8　也存在化合物半導體

—用以製成高速電晶體與LED

半導體之窗　原子的結構

第2章　如何製作電晶體

2-1　發明電晶體的三個男人

—肖克利、巴丁、布拉頓與率領他們的凱利等人的貢獻

2-2　電晶體的運作原理

—肖克利發明的接面型電晶體

2-3　致力於電晶體的高頻化

—使用擴散技術的凸型電晶體登場

2-4　矽（Si）電晶體一躍成為主角

—可在高溫、高電壓下穩定運作

2-5　劃時代的平面化技術

—IC與LSI不可或缺的技術

2-6　目前電晶體的主角：MOSFET

—目前用於IC、LSI的主角

2-7　半導體元件的製作方式（1）

—在半導體基板上正確描繪電路圖樣的技術

2-8　半導體元件的製作方式（2）

—使雜質擴散以製造電晶體

半導體之窗　穿隧二極體的發明

第3章　計算用的半導體

3-1　類比半導體與數位半導體

—計算用的數位半導體

3-2　由nMOS與pMOS組合而成的CMOS

—數位處理過程中不可或缺的電路

3-3　CMOS電路的計算機制

—只用0與1便能進行複雜計算

3-4　IC是什麼？LSI是什麼？

—在同一個半導體基板上製作電子電路

3-5　微處理器：MPU

—在日本計算機廠商的點子之下誕生

3-6　摩爾定律

—半導體的微小化可持續到何時？

3-7　系統LSI的製作方式

—如何設計大規模半導體？

半導體之窗　「英特爾」（Intel）這家公司

第4章　記憶用的半導體

4-1　各種半導體記憶體

—唯讀的ROM與可複寫的RAM

4-2　半導體記憶體的主角：DRAM

—用於電腦的主記憶裝置

4-3　DRAM的結構

—在同一個矽基板上製作MOSFET與電容器

4-4　高速運作的SRAM

—使用正反器的記憶體

4-5　快閃記憶體的原理

—用於USB記憶體與記憶卡

4-6　快閃記憶體的組成

—NAND型與NOR型

4-7　通用記憶體的運作方式

—以取代DRAM與快閃記憶體為目標的次世代記憶體

半導體之窗　無塵室　—對LSI來說，灰塵是大敵—

第5章　感光用、無線通訊用、功率半導體

5-1　將陽光轉變成電能的太陽能電池

—太陽能電池不是電池

5-2　發光二極體：LED

—可將電能直接轉換成光，故效率很高

5-3　藍光LED

—開發核心人員是三位獲得諾貝爾獎的日本人

5-4　發出美麗光芒的半導體雷射

—用於CD、DVD、BD的讀寫與光通訊

5-5　數位相機的眼睛，感光元件

—用於製作相機的眼睛

5-6　無線通訊用的半導體

—可放大微波的半導體

5-7　支撐工業用機械的功率半導體

—在高電壓下運作的半導體

半導體之窗　光的能量

序／導讀

前言

「半導體的歷史，就是學習半導體的捷徑」現在的我如此深信著。

我是一名作家，但也在半導體產業的第一線，以工程師的身分奮鬥著。所以我也常想，該如何寫出一本半導體的入門書籍。
這可說是個相當困難的任務。因為目前半導體產業所用到的技術非常複雜、分工精細，要說明半導體產業的整體情況並不容易。

舉例來說，我的專長是「模擬」這項技術，需測量各種參數，以在模擬器上重現電晶體等元件的電流特性。這在半導體產業中是不可或缺的技術。但別說是一般民眾，就連面對同樣從理工科研究所畢業、同時期進入公司的同事們，也很難說明如何運用這種高度專業的技術。
要在一本書中，將含有許多複雜專業技術的半導體技術完整說明，我認為是不可能的事。

後來，我收到了執筆這本書的邀請。井上伸雄老師過世後，編輯希望我能延續老師的遺稿，把《圖解半導體》這本書寫完。
這件事發生在2021年，剛好碰上半導體供給不足，對整個社會影響重大的時期。半導體成了許多人關注的焦點。於是，編輯請我一定要寫一本有助於一般大眾了解半導體技術整體面貌的書。但這並不容易。

最初看到井上老師的原稿目次時，我記得還苦笑了一下。只看標題的話，會覺得內容大概都在講以前的技術，現代半導體產業早已淘汰掉這些知識。
但在我認真閱讀原稿之後，想法有了改變，因為原稿的內容十分有趣。井上老師十分熟悉半導體產業的黎明時期，他也在原稿中描述了當時的消費者樣貌。

而且在我閱讀過原稿後發現了一點。現代半導體產業的總銷售額達到50兆日圓，是個相當龐大的產業，全世界許多工程師都參與了半導體的製造與開發。所以，要把這些技術都壓縮成簡潔易懂的內容，是一件不可能的任務。
不過，如果回顧黎明時期，那是個只要數十名工程師就可以製造、開發出新產品的時代；如果是這樣的規模，要理解整個製造、開發的脈絡，就沒那麼困難了。

而且當我仔細看過個別技術的內容後，也了解到CMOS、微處理器等半導體記憶體的原理，在半個世紀後也沒有多大改變，仍是半導體的根本技術。
IT產業技術進步的速度就像狗的成長一樣快速，做為核心的半導體技術更是日新月異。但讓人意外的是，做為半導體主幹的根本思想，卻幾乎沒有變動。
特別是工作時需操作半導體的工程師，以及從商務觀點看待半導體產業的商務人士，如果能理解半導體的根本思想，想必也能擴大自身的眼界。

井上老師的原稿以半導體技術的基礎與歷史為核心內容；目前以工程師身分，身處半導體產業最前線的我，將以這些內容為基礎，增添現代半導體技術的相關內容，補充原本的不足。
本書不只會詳細介紹各種基本技術，也會說明為什麼這些是必要的技術，幫助讀者理解整個脈絡。

當然，這本書不可能讓你一次理解所有現代半導體技術。但我可以保證，若能理解本書中提到的根本技術之背景與脈絡，在接觸到最新的半導體技術時，也會變得簡單許多。

那麼，就讓我們從最根本的地方，開始學習範圍廣大的半導體技術吧。
首先來試著簡短回答「半導體有什麼用途？」、「半導體是什麼樣的東西？」等基本問題。讓我們進入序章吧。

藏本貴文