DPZ - 電的旅程

「第十七章：晶片工業的變遷」
＜台灣與晶圓代工( 7 )＞……續上
隨著摩爾定律的演變，電晶體愈變愈小，但晶圓則愈來愈大，每一片晶圓上可容納更多晶片，因而可減低每片晶片的成本。早期矽晶圓的直徑是1至3吋，後來進展到6吋和8吋，近年來主流技術已是12吋（30.5公分），到2014年會增加到18吋。每一塊晶圓大得像披薩餅一樣。在這個過程中，半導體製造設備愈發精密，價錢也愈昂貴。建立新的晶片廠必須投資幾十億美元，折舊率又高，只有少數超大型電子企業及第一線晶圓代工廠才能負擔。代工廠把最先進的生產技術及生產容量與很多客戶一起分享，分擔成本，合乎經濟原則，前途十分光明。
有了電腦輔助的晶片設計功能，又有了高科技的晶圓代工廠，在價值鏈中晶片設計本身的創意愈來愈重要。晶片設計者就像是書的作者，內容及表達的技巧才是一本書的精華。晶片生產廠慢慢會變成書籍印刷廠一樣，雖然印刷技術有高下，但只要能發揮出作者的表達願望，印刷本身已不是書市競爭上最重要的一環了。雖然目前晶圓代工還遠遠沒有達到這個階段，但必須保有這種憂患意識，來維持長期有吸引力的利潤。……(完)

「第十七章：晶片工業的變遷」
＜諾宜斯、摩爾與葛洛夫 ( 1 )＞
在整個半導體工業與矽谷的發展過程中，諾宜斯及摩爾兩人從蕭克萊實驗室，經快捷半導體再到英特爾，無論在技術及工業發展過程中一直是中心人物。葛洛夫（Andy Grove）多年成功的帶領著英特爾的成長，也是電子工業界的重要人物。在離開晶片這題目之前，得再細述一下三人的經歷及貢獻。…… (待續)

「第十七章：晶片工業的變遷」
＜諾宜斯、摩爾與葛洛夫 ( 2 )＞……續上
諾宜斯在1927年出生在愛荷華州，父親是一個牧師。諾宜斯從小就充滿活力與鬥志，興趣廣泛，喜交朋友，性格非常樂觀外向。他富有領袖才能，參加學校合唱團就當上團長兼指揮，加入游泳校隊又成為隊長，大家喜歡聚集在他周圍。中學畢業後，他留在家鄉的Grinnell大學繼續求學，主修物理與數學。他的物理教授認識當時在貝爾實驗室的巴丁，在1949年就拿到了幾枚還在研究階段的點觸式電晶體，詳細的向學生講解半導體原理，引起了諾宜斯強烈的興趣。大學畢業時，諾宜斯成績優異，考上了麻省理工學院的研究所，進修半導體物理，在1953年拿到了博士學位。
諾宜斯為人很實際，個人目標一直是要進入工業界發展。他第一份工作在一家叫飛歌（Philco）的公司參加電晶體產品技術發展，發表了幾篇技術改良的論文，稍有名氣，不過諾宜斯覺得公司管理階層思想保守，缺乏活力，前途有限。
1955年他接到蕭克萊親自打來的電話，邀他到加州面談，參加剛成立的蕭克萊半導體實驗室，他不加思索就收拾行李，搬往加州。還沒有拿到正式聘書前，就先買好了房子，他對這個機會的熱誠及對自己的信心可見一斑。當時他的薪酬是每月675美元（約合今日年薪65,000美元）。在新環境中，諾宜斯遇見了一批在各方面足可和他相匹配的出色年輕人，大家齊心發展電晶體產品。蕭克萊本人對諾宜斯的能力也刮目相看。後來有七個年輕人開始反叛，諾宜斯出於對蕭克萊的尊敬與忠誠，開始時猶豫不決，直到最後才加入，湊成了有名的八叛徒。…… (待續)

「第十七章：晶片工業的變遷」
＜諾宜斯、摩爾與葛洛夫 ( 3 )＞……續上
1957年，費捷投資150萬美金設立了快捷半導體公司，事後費捷對人說起，當時最令他印象深刻的是諾宜斯向他作的報告，內容實事求是，又充滿了信心與活力。正因為這樣，快捷半導體開始營業後，諾宜斯漸漸成為八人的領袖，直接向總公司負責。本來八人的地位是平等的，各人均心高氣昂，難居人下。諾宜斯的提升，也是後來其他人離開快捷的原因之一。在快捷半導體的十一年中，諾宜斯和同僚把公司發展成最重要的半導體公司之一。雖然總公司對半導體發展投資不足，又不停有重要人物帶著最新技術離去，但在1968年，仍為總公司交出漂亮的成績單。更重要的是，在諾宜斯領導下，快捷半導體著重技術發展，並善用技術優勢，在產品性能及定價策略上擊敗競爭者。
如果說貝爾實驗室是電晶體技術的誕生地，那麼快捷半導體就是晶片技術的搖籃。在所有技術中，最重要的莫過於平面製程與積體電路。1959年何尼發明了平面製程後，諾宜斯就思考怎樣可更有效的利用這個技術。諾宜斯的性格和德州儀器的基爾比截然相反，諾宜斯的創意滔然不絕，但很多沒有經過深思，過分樂觀，所以很可能有漏洞，甚至有錯誤。他深明自己的弱點，對他來講最有效的解決辦法是：把自己的想法和最信任的伙伴摩爾商量，通過了摩爾這一關，他就毫無猶疑，勇往直前了。諾宜斯無論在晶片技術上或半導體工業的發展史上，都是首屈一指的人物。…… (待續)

「第十七章：晶片工業的變遷」
＜諾宜斯、摩爾與葛洛夫 ( 4 )＞……續上
摩爾在1929年出生於加州的紅木城，就在今日的矽谷北端，父親是當地的警長。摩爾少年時就喜歡化學，後在加州大學柏克萊分校化學系畢業，再在加州理工學院拿到化學博士學位。他第一份工作是在國家應用物理實驗室（Applied Physics Lab）做國防方面的研究，看到政府機構工作效率低落，很多研究項目毫無價值可言，浪費納稅人的錢，心中很不舒服。1955年，摩爾申請回北加州的利佛摩（Livermore）國家實驗室工作，雖受聘請，但發現工作的性質和他原來的很接近，他不想為了一份薪水浪費自己的能力與時間，毅然回絕了。蕭克萊當時恰好在招兵買馬，他接洽了利佛摩的人事部，看有沒有利佛摩已聘請的年輕科學家，可是又拒絕參加的。蕭克萊有他的邏輯，結果證明他是絕對正確的。
摩爾非常聰敏，但鋒芒不露，沉穩低調，對事物深思熟慮。他嗜好不多，最喜歡的娛樂是釣魚。每次開會時他很少講話，只是用心聽大家討論，最後他會講幾句，總是一句中的，道出問題的中心所在。摩爾和諾宜斯兩人性格及能力相輔，私交很深，互相絕對信任。在諾宜斯發明積體電路時，每有新的想法總是先和摩爾商量。其實除了技術問題外，快捷半導體公司的運作與人事安排，諾宜斯樣樣都和摩爾商量，而摩爾從不居功。…… (待續)

「第十七章：晶片工業的變遷」
＜諾宜斯、摩爾與葛洛夫 ( 5 )＞……續上
1968年，諾宜斯和摩爾一起離開快捷半導體，創立了英特爾，跟隨他們的還有快捷半導體時期的後起之秀葛洛夫。英特爾是一個新的開始，又是屬於自己的公司，他們必須總結快捷半導體經驗，避免重犯錯誤。
他們三人都是學技術出身的，對於生意及企業管理都是一面做一面學，雖然難免犯錯，但每人都絕頂聰敏，又都是務實的人，而且經過快捷的歷練，大家已都是出色的企業家。他們對技術的鑑識及洞察力，更非普通沒有技術背景的企業家可比，這一點在高科技行業創業過程中，對公司成敗更是重要。……(待續)

「第十七章：晶片工業的變遷」
＜諾宜斯、摩爾與葛洛夫 ( 6 )＞……續上
在創立英特爾之時，他們就設立了嚴格的管理制度，一改快捷長期鬆散的陋習。更創新的是，他們將研發組織跟生產部門結合起來，避免了技術轉移上的很多問題，同時又將公司核心技術的知識分隔，防止流失；在市場及產品方面，則是高度集中在記憶晶片上，全力發展最好的製造技術及設計能力，使英特爾能持續提供最優質的產品。在公司文化上，諾宜斯保留了不少對員工一視同仁的規則，譬如管理階層沒有特別停車位的特權，各人先到先停。經理辦公室的裝潢及設備，也跟普通員工一樣。諾宜斯等領導階層，每天都在公司食堂和不同員工隨便坐下來一起吃午飯，聊技術。
在開始的幾年，英特爾業務高速成長，但到了1970年代後期，英特爾的晶片記憶產品受到日本企業挑戰，銷售額及利潤出現下滑。諾宜斯領隊成立了美國半導體工業協會，遊說國會，設法限制日本產品進口。但現實是，日本的產品性能已勝過英特爾。諾宜斯很痛苦的在英特爾批准了大規模裁員計畫。在外表上他雖然是一個充滿魅力的強勢領袖，但內心有他軟弱的一面。他很有人情味，並非一個冷血無情、鐵腕型人物。當時英特爾需要一位強硬的領袖，而公司裡已有這個人，他就是葛洛夫。……(待續)

「第十七章：晶片工業的變遷」
＜諾宜斯、摩爾與葛洛夫 ( 7 )＞……續上
葛洛夫是匈牙利猶太人，在1956年逃到美國，從加州大學柏克萊分校拿到化學工程博士後，就加入了快捷半導體研究所。葛洛夫精明能幹，鬥志旺盛，很早就嶄露頭角，得到諾宜斯及摩爾的青睞。他是第一個跟隨諾宜斯及摩爾去英特爾的人。葛洛夫為人跟諾宜斯不同，樣樣事盯得很緊，一絲不茍，對自己及下屬都要求嚴格，鐵手無情。時日漸長，他在英特爾的地位愈來愈重要，很多日常具體事務諾宜斯及摩爾已開始不管。後來，葛洛夫更規定每人必須在早上8時以前簽名報到，遲到受罰，公司總裁也無例外。這種做法諾宜斯不一定贊同，但也知道在高度競爭的市場上，不得不如此。……(待續)

「第十七章：晶片工業的變遷」
＜諾宜斯、摩爾與葛洛夫 ( 8 )＞……續上
諾宜斯把英特爾總裁的職位，在1979年移交給葛洛夫，自己退居第二線。葛洛夫在這位子上做了二十年，直到1998年底才退休。在他任內，英特爾的市場總值從40億美元增加到2,000億美元。葛洛夫有句名言：「只有極端沒有安全感的人，才能生存。」（Only the paranoia survive.）永遠保持高度的憂患意識，雖然有些偏激，但從英特爾的長遠成功來說，證明他沒有錯。
諾宜斯在把英特爾的業務交給葛洛夫後，聯合多家美國半導體公司，組織了一間共同的研究所，發展晶片的生產和封裝技術與設備，目的是要保持美國在半導體技術上世界領先的地位。他經過多年商場搏殺後，又回到了自己熱愛的技術研發工作。他盡情享受生活上其他的嗜好，包括園藝、歌唱、飛行、潛水，還每天閱讀海明威的作品。1990年諾宜斯在家中游泳時，突然心臟病發，享年只有六十三歲。……(待續)

「第十七章：晶片工業的變遷」
＜諾宜斯、摩爾與葛洛夫 ( 9 )＞……續上
摩爾在諾宜斯退休後，擔任英特爾董事長多年。他德高望重，實事求是，穩重可靠，平衡了葛洛夫有時過激的措施，對英特爾四十餘年的成功有不可磨滅的功績。媒體稱頌摩爾是偉大的創業家，他謙虛的自稱：只是一個「在偶然機會下成功的創業者」（accidental entrepreneur）。
2001年，摩爾無條件的將6億（後來又多加了2億）美元，捐給加州理工學院，當時是有史以來個人對教育機構最大筆的捐款。2005年，摩爾又將自己擁有的英特爾股份，設立價值46億美元的慈善機構，專門資助環保研究。摩爾無論在技術、創業、管理上都有極大的建樹。我有多次機會與他接觸，他不亢不卑，富有幽默感，心胸廣闊，令人起敬。由於「摩爾定律」這個詞彙，他的名字依然經常出現在人們的眼前。……(待續)

「第十七章：晶片工業的變遷」
＜諾宜斯、摩爾與葛洛夫 ( 10 )＞……續上
與摩爾相似的慈善企業家，還有幾位近代電子界巨人。第一位是大家已經知道的貝克曼，他白手起家創立了貝克曼儀器公司，又資助蕭克萊創業，信守諾言。從1960年代末期開始，貝克曼決定把自己的財產都回饋社會，前後捐贈了4億多美金，在十幾間高等校園設立了貝克曼中心，專門資助光學及生物工程研究，造福人群。他活到一百零四歲，於2004年逝世。
另外兩位巨人是惠普（HP）公司的創始人惠烈（William Hewlett）與普卡（David Packard）。兩人都把總額在40億美金以上的私人財產，設立獨立的慈善基金。普卡在退休後更應尼克森總統之邀，義務性的參加政府工作，苦幹三年，衝破重重阻力，領導改革了國防部行之多年的官僚化低績效採購制度。對於這種吃力不討好的工作，他事成後只輕描淡寫的說：「盡了一個公民的職責。」
近年微軟公司創始人蓋茲，更把200多億美金（最後會超過400億）捐作慈善，夫婦兩人親力親為，資助改善貧困國家兒童的健康與福利，繼承了美國企業家這個優良的傳統。這些人都是菁英的典範。……(完)

「第十八章：光電與液晶技術」
矽晶技術在這場固態電子發展過程中，佔據主導的地位，但並不是唯一的技術。摩爾定律的進程，也並不限於晶片技術。在過去五十年中，發光二極體（LED）、半導體雷射、光纖通訊、液晶顯像、硬碟、精密封裝、鋰離子電池等重要的基本技術，也有光輝的成就。

「第十八章：光電與液晶技術」
＜發光的半導體 ( 1 )＞
矽是極為理想的多功能半導體材料，但還是欠缺了一樣重要的性能，就是通電時不能發光。當自由電子和電洞在矽中復合時，釋放的能量都被矽原子的振動所吸收，變成了熱能。固態物理的理論可以解釋這個現象，同時也預測有另一類半導體，因為原子組合的不同，當自由電子和電洞復合時，放出的能量一部分會以光的形式釋放，其中以週期表中第三族及第五族元素形成的半導體效果最佳。這些半導體除了可通電發光外，發光的顏色（波長）也可由元素的選擇及成分的不同而改變。這一類半導體總稱「三五族半導體」，不過這種化合物在自然界中不存在。…… (待續)

「第十八章：光電與液晶技術」
＜發光的半導體 ( 2 )＞……續上
1952年，德國西門子公司的半導體專家威爾科（Heinrich Welker）在實驗室中成功合成了由銦及銻組成的銻化銦（InSb），及由鎵及砷組成的砷化鎵（GaAs）。測量的結果證明，這些人造半導體的性能完全符合固態物理的預測。銻化銦因「能隙」太小，不適合在室溫運作，不過後來成了紅外線顯像的重要材料。砷化鎵的性能與矽相似，而且自由電子的「遷移率」（mobility）比矽更高，適用於發展超高速電子元件及微波電子元件，也適用於LED。……(待續)

「第十八章：光電與液晶技術」
＜發光的半導體 ( 3 )＞……續上
化合物半導體的結構較矽複雜，而且也沒有像二氧化矽給予矽那麼理想的保護膜，所以技術的發展比矽困難很多，價格也昂貴。但是基本的物理與工藝和矽相似。砷化鎵元件技術的發展集中在彌補矽的不足。由於砷化鎵電晶體產生微波能量的效率比矽高，行動電話（包括iPhone）中的無線電波高功率放大器，用的都是砷化鎵元件，這個技術在1990年代初，已在洛克威爾研發中心發展成功。同時砷化鎵高功率微波放大器，也是最先進的相位陣列雷達（phase array radar）的主要元件。
電流通過砷化鎵的p-n接面時，電子和電洞復合時會發光。光的波長取決於半導體的能隙。砷化鎵LED發出的光在紅外線範圍，我們肉眼無法看到。固態物理預測，如果把砷化鎵組成的部分砷原子掉換成磷原子，會使得能隙變大，因而發出的光波變短，成為紅色。1962年GE實驗室首先示範了用砷磷化鎵做成的紅光LED。……(待續)

「第十八章：光電與液晶技術」
＜發光的半導體 ( 4 )＞……續上
紅光LED很快就被應用到計算機和電子手錶的顯示器上。LED的顏色悅眼，體積小，很受歡迎。材料研究員又發展了用磷化鎵（GaP）做成的LED，放入不同的雜質可發出橙光、紅光，甚至綠光。在物理上大家知道用不同顏色的光混合一起，可產生更多顏色，但如要發出白色，除了紅光及綠光外，還需要藍光。因為藍光的波長更短，所需半導體的能隙必須更大，材料技術更為困難。多年來全世界不少研究所都在競賽，看誰可先發展出藍光LED。在1992年，日本一家專營螢光材料的公司「日亞化學」（Nichia）宣布成功發展出藍光LED，先拔頭籌。日亞化學的資深研究員中村修二（Shuji Nakamura）經過不斷的嘗試，終於用他獨創的氣態沉積磊晶技術，合成氮化銦鎵（InGaN）的p-n接面，突破了藍光LED這個重要技術關口。……(待續)

「第十八章：光電與液晶技術」
＜發光的半導體 ( 5 )＞……續上
中村修二是很有個性的人。他覺得日本工業界有太多長年的陋規，對技術上真正有貢獻的人不公平，他發表了很多尖銳的批評，最後還把自己的公司日亞化學告上法庭，得到勝利，為很多長期受到壓抑的日本技術員出了一口氣。有了紅光、綠光及藍光LED，明亮的全色大型LED平面顯示幕面世了。現代很多室外超巨型顯示幕，用的都是這個技術。在2008年的北京奧運會開幕儀式上，也派上用場，大大露臉。
適度的將紅、綠及藍光LED的光混合在一起，可產生白光，但這種方法成本昂貴。有一個更簡單有效的技術，是把藍光LED外鍍上一層特別的螢光膜，先把一部分藍光轉換成波長較長的一種帶黃色的光，然後再和原來的藍光適當混合，產生白光。現今大多數白色照明用的LED，都使用這個技術。……(待續)

「第十八章：光電與液晶技術」
＜發光的半導體 ( 6 )＞……續上
LED的光是由電子和電洞復合時，由量子物理原理而產生的光，由電能直接轉變成光能的效率很高，比常用的白熾燈照明效率高出多倍，所以用LED來取代白熾燈，可以節省大量電能。目前LED的價格仍較高，但是LED的壽命可達3到5萬小時，遠較鎢絲白熾燈的1、2千小時為長。所以在一些特別應用上，如手電筒、街燈、交通號誌燈、車頭燈、車尾燈、液晶電視的光源及飛機機艙照明等，LED產品已具有很大競爭力。自從1962年以來，LED發光亮度不停以每兩年增加一倍的速度發展，與晶片的摩爾定律有同功異曲之妙。隨著亞洲國家的大力投資生產，LED的價格不斷降低，在不久的將來，LED取代白熾燈是完全可能的，對人類節能減碳的目標會起重要作用。
在LED及砷化鎵微波電子元件發展過程中，三五族半導體的材料技術得到了極大的進展。用化學氣態沉積（chemical vapor deposition）或分子束磊晶（molecular beam epitaxy）技術，人們可合成各種半導體單晶薄膜。除了極度精確控制半導體的成分和雜質外，對單晶薄膜厚度的控制更可達到單層原子的程度。有了先進的材料技術，很多本來只能憑空想像的元件結構，如異質接面（heterojunction）及量子井（quantum well）等都變成了現實。實用的半導體雷射也因此而產生。…… (完)

「第十九章：資訊時代與電子發展前景」
有了個人電腦、網際網路、智慧型手機，足不出門也能盡知世界上發生的事。無論是新聞、球賽過程或股票價格，在網路上可得到即時的結果，還可完成即刻的買賣交易。更進一步，如果我們想蒐集關於某一個題目的資料，用網路搜尋引擎，幾秒鐘就可從分散在世界各地的伺服器中找到答案。這些資料可以是一篇文章、一首音樂、一張圖片或者是一支影片。分處各地的幾百萬人，可同時在網路上比賽電玩遊戲。現在世界上已有46億人擁有手機，在任何地方或時間，可打電話給其中任何一人。幾十年的幻想，曾幾何時都成了事實！

「第十九章：資訊時代與電子發展前景」
＜資訊革命 ( 1 )＞
人類歷史從技術角度來說，經歷了三次革命。
第一次是十七世紀英國帶頭的工業革命。瓦特的蒸汽機動力，解脫了人類倚靠自己或牛馬力量的限制。蒸汽機的原動力，促成了工業的發展、城市的崛起和數不盡的社會變遷，從此人類的生活方式和幾千年的傳統發生了劇變。
在十九世紀的中後期，世界發生了第二次工業革命，從通訊（電報、電話、無線電）、能源（電氣化、石油）到交通（鐵路網、電車、汽車）都產生了巨幅的改進。有了電報及電話，世界縮小了，跨國大企業開始興起，家中電燈的普及，使人類在夜間的活動大量增加。這次技術革命的中心在美國，而新興的電磁技術更是扮演了重要的角色。
從二十世紀的1970年代開始，世界進入了第三次技術革命。這次變革凸顯了資訊的非凡價值，所以稱為「資訊革命」。與第一次工業革命的蒸汽機及第二次工業革命的發電機與馬達、內燃機、電燈泡、電報或電話相比，資訊革命的技術基石是電腦、網路、智慧型手機及各種嶄新的系統概念與軟體程式。在這次革命中，電子技術是主角。…… (待續)