作者：陳俞帆
你能想像生活在沒有手機的世界嗎？那你知道嗎？如果沒有半導體，人們就不可能擁有輕巧方便的手機！事實上舒適便利的現代生活是依靠半導體所轉動的！到底我們經常聽到的半導體，是什麼呢？
電腦的運作原理
在討論半導體之前，首先我們得先了解電腦如何運作。
電腦是一種高度精密的計算機，我們可以嘗試理解，再複雜的運算都是以最最基礎的數學運算作為基礎。
我們將電腦中的晶片裡最基礎的元件-電晶體看作是一個開關，運用半導體可以控制電流是否能夠通過的特性，電晶體便可以因為藉電流變化，開啟或關閉，讓機械讀取由0或１所組成的二進位資訊，進而完成小學生都能懂的加減乘除！
如果要運算的資料電晶體數量越多，電流變化越快，電腦就能用人腦遠跟不上的速度計算大量數據，呈現出許多功能！
隨著科技的進步，晶片變得越來越小，而一個晶片上可以放置的電晶體卻也越來越多！
半導體元件的發明
在半導體元件發明以前的世界，電腦就發明了，在沒有半導體作為電流開關之前，科學家是在類似燈泡的玻璃儀器中創造真空環境，並變換電壓來進行0或1的開關。
但玻璃真空管生產不易，造價昂貴，又十分耗電，體積更是巨大無比，一台玻璃真空管電腦體積甚至可以佔滿一整間房間，甚至是一整棟建築物。最糟糕的是玻璃真空管經常因為過熱而損毀，維修需要大量心力，電腦的運作還經常因此而停擺。
因此除了國防與尖端研發單位，或是大型企業必要使用電腦外，少有人能負擔起電腦這樣巨大無比，還嬌貴脆弱的吃電大怪獸，人們的生活中缺少了電腦的協助，就算是重複性的工作，也都只能仰仗人力進行。
1942年最早的電腦ENIAC有一萬八千個真空管，而截至2021年止的技術，這是Apple電腦的單一晶片（M1 Max晶片）上就有570億個電晶體！
直到1958年由美國德州儀器的科學家基爾比運用半導體製作了第一個積體電路（IC晶片)，而幾乎同期間在快捷公司的科學家諾宜斯也發明了串連電路和三個電晶體的晶片，這兩位工程師共同被認為是晶片的發明家。
如先前提到的，半導體是物理特性介於導電金屬與不導電絕緣體間的材料，地球上最容易取得的元素：矽便是半導體主要材料。
積體電路（晶片）的發明，大大改變了人類生活！現在晶片已經是推動世界不可獲缺的重要材料！舉凡生活中的小家電：吹風機咖啡機，複雜如手機、電腦、汽車，甚至最先進的太空火箭與國防武器，都依靠著晶片才能夠運作。
為什麼生產半導體需要在無塵室呢？
隨著需求的成長，技術的快速進步，目前的晶片都是以超大型積體電路技術製造，將億萬個遠比紅血球還小的電晶體組裝在一個比指甲還要小的晶片上，也因此在製作過程中，哪怕是ㄧ顆灰塵的污染，就像是一顆大隕石砸中城市般的災難。
因此晶片的製作過程都必須進入無塵潔淨的實驗室中操作：嚴格控制灰塵，空氣傳播的微生物，懸浮顆粒，化學揮發性氣體的特定空間。進入無塵室裡的每一個人都需要全副武裝穿上無塵衣、帽套、鞋套、戴口罩，經過強風吹拂清除身上的塵埃。要維持這樣高度潔淨的廠房，加上價值不婓的機台設置，維持營運成本就非常驚人！而能夠操作這些精密儀器的人才更是不容易養成，也因此設置半導體工廠並不是容易的事情 。
晶片是怎樣生產的呢？
以手機晶片為例，IC晶片就像是手機的器官，分別有CPU、通話、上網、照相等功能。IC設計工程師依照手機設計者開立的條件，依不同晶片個別功能的差異，像是：相機快門速度、照片清晰度、網路速度、螢幕解析度、通話音質等需求製作晶片設計圖。
IC製造商依照設計圖，製作晶圓片但要將數量以億萬計，奈米大小的電晶體，密密麻麻地安裝在12吋的晶圓片上的正確位置，已經遠超過人類極限！該怎麼辦呢？聰明的工程師們巧妙運用光的特性。
簡略來說，在晶圓表面塗上光阻薄膜後，發射紫外光將設計圖投影在塗了光阻的晶圓上，再以特殊化學溶液溶解不需要的光阻，留下的光阻也就是精密的電路圖。最後再將光阻用另一化學藥劑洗掉，便完成了晶圓的加工。
晶圓片最後會送交給負責IC封裝測試的廠商，將晶圓切割分裝，包裝成為能夠到手機裡面組裝的晶片，並測試功能是否正常。而封測完成的晶片，才能再交貨給客戶，進行手機組裝。手機的品質與晶片的良率息息相關！
經過這些說明，是不是對半導體與半導體產業有更多認識了呢？
下一次再看到半導體報導的時候，你也可以更清楚看懂囉！
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