芯耀
2002
半導體的故事
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，進入了青銅與鐵器時代。
在漸別石器時代長達萬年的時光中，人類與半導體相關的歷史不到兩百年。在第一個百年之中，留下記載的只是幾個跳動著的與半導體有少許關聯(lián)的事跡。
19世紀，人類觀測到了半導體的熱敏特性、光伏效應、光電導效應與整流這四大特性，但這些發(fā)現(xiàn)沒有引發(fā)足夠的關注。隨后幾十年，半導體生活在證明與證偽的爭辯之中，許多科學家認為半導體不過是在絕緣體中摻雜了一些導體雜質罷了。
20世紀的前半葉是一個科技爆發(fā)的時代，量子力學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，也許量子力學更為復雜，提出相對論的愛因斯坦，曾經(jīng)說過他思考量子力學的時間百倍于相對論。
量子力學是微觀世界的通行法則，起源于對黑體輻射現(xiàn)象的解釋，在科學家不斷質疑原子組成結構與電子運行軌跡的過程中抵達高潮。能帶理論在此期間逐步成型，使世界上的物質被劃分為導體、絕緣體與半導體。借助能帶理論，科學家合理解釋了半導體材料的四大特性，此后不再有人繼續(xù)質疑半導體材料的存在。
半導體是一種介于導體與絕緣體之間的材料，是電子信息產(chǎn)業(yè)的基石。半導體材料的第一個應用是無線通信領域中使用的二極管。在二戰(zhàn)期間，半導體材料的提純工藝日趨成熟。戰(zhàn)后不久，晶體管問世，硅結束了長達萬年的等待，作為半導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。
半導體產(chǎn)業(yè)的理論基石是量子力學。量子力學不僅是一門知識，也是一種哲學思考。對量子力學多一些了解，會多一種看待這個世界的方式。正是因為這個原因，書中將嘗試勾勒出量子力學的輪廓。
量子力學之外，半導體還與多門交叉學科相關，共同組成了復雜的半導體產(chǎn)業(yè)鏈。在這個鏈條中，上游是半導體設備、材料與軟件工具；下游是半導體的應用，包括計算、存儲、通信與其他領域；半導體制造在之間承上啟下。
今天為大家隆重推薦一本新書《半導體簡史》，這本書在介紹半導體全產(chǎn)業(yè)鏈的過程中逐步展開，由三條主線構成，分別為基礎線、應用線與制造線。
基礎線集中出現(xiàn)在第1章與第5章中，并貫穿全書，覆蓋了量子力學、凝聚態(tài)物理與光學的一些常識。這兩章的部分內容，枯燥無味并不易讀，簡短的篇幅也很難將這些內容完全覆蓋。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容，卻最終將其完整保留，因為這些枯燥與無味正是半導體產(chǎn)業(yè)的立基之石。
應用線的主體由第2章與第3章構成。
第2章介紹半導體的起源，以及晶體管、集成電路誕生的那段波瀾壯闊。半導體產(chǎn)業(yè)從通信領域開始，并逐步過渡到存儲領域，最終在計算領域蓬勃興起，在整合存儲與通信領域的過程中，建立了電子信息產(chǎn)業(yè)的基石。
第3章介紹計算世界。電子信息時代始于計算，精彩之處亦在于計算。電子信息產(chǎn)業(yè)的三次浪潮，大型機、PC與智能手機時代與計算領域密切相關。對通信、存儲與計算領域的描述組成了本書的應用線。
制造線的部分內容出現(xiàn)在第2章與第5章，主體集中在第4章，圍繞半導體的制造，特別是集成電路的制造展開。半導體產(chǎn)業(yè)的上游，即設備與材料在第2、4與5章均有介紹，是制造線的基礎，也是核心。
本書第5章暨最后一章介紹“光”。半導體材料與“光”直接相關的產(chǎn)業(yè)，包括光伏與顯示領域。半導體制作離不開“光”，光刻機是最重要的半導體設備。該章在最后簡述了中國半導體產(chǎn)業(yè)的過去、現(xiàn)在與未來，這段歷程由希望譜寫，是中國半導體人生命中的光。
本書結構
在三條主線中，基礎線相對晦澀，主要為18～25歲的年輕人準備，是理解半導體材料科學的關鍵。多數(shù)讀者可以將這些內容略去，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，愿意對這些內容多一些了解。這一代人中的絕大多數(shù)可能很難在基礎科學上做出更大的突破，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體產(chǎn)業(yè)相關的歷史?；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，更是因為這些人，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備這本書籍，期間寫寫停停。在此期間，重溫了從電磁學開始的許多課程，在告別學生時代幾十年后，對這些課程也有了一些新的體會。書籍的名稱經(jīng)過反復推敲，最后確定為《半導體簡史》。
撰? 稿? 人：張璐
責任編輯：李馨馨
審? 核? 人：時靜
