Category Archives: 電的旅程

「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 ( 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 ( 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 ( 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 ( 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」

        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)