IC如何創新

作者序　量子點——二十一世紀微電子的基本組成單元

特騰

微電子的衝擊在我們的四周隨處可見。傳真機、光碟機和玩具都只不過是這些應用的一小部分，更不要說電腦的應用有多廣了。本書的內容就是討論這些微小的電子元件，以及主導這些元件操作的基本物理機制。因為有了這些電子元件，才會有上面說到的這些應用。

與這些主題有關的物理叫做固態物理，它的主要的內容是要解釋：固體的性質是如何由物質的原子結構所決定的。由於這個原因，我們的微電子之旅將從原子和電子的層次開始。從這裡出發，我們會討論像矽這樣的半導體的特殊性質，以及怎麼樣把這些性質應用到像半導體雷射和電晶體的元件上。我們在短短打一個岔，說明怎麼樣用電晶體做為電腦的基本組成元件以後，就會討論把許多這樣的元件放在一小塊矽上面的過程──也就是矽晶片的製程。

不過，我們並不只是來檢討一下現況。就像本書原文的副標題「A Journey into the Future of Microelectronics」所表示的，本書主要的重點是在於探討微電子學未來的發展方向。全世界所有研究機構裡面的科學家，都在努力尋找比矽電晶體更為優良的新元件。有一個主要的努力方向就是繼續縮小這些元件的尺寸。這種努力的最終結果，就是要做成一個量子點──這種量子點就是一個只有幾個原子大小的微小物質盒。這樣的結構很可能成為二十一世紀微電子的基本組成單元。

本書的原文書名《The Quantum Dot》（量子點），因而代表了我們微電子學未來之旅的最後終點。或者，我應該說它代表了這些可能的終點之一，因為我們還有其他幾條可能的途徑。我會在後面的章節中介紹一些這樣的途徑。

這可不是教科書

在寫這本書的時候，我心目中有兩種可能的讀者。第一種就是電機系和物理系大一程度的學生。不過，本書不是教科書，其中也沒有數學。這本書主要的重點在於討論牽涉到的物理機制，把這些物理機制的觀念圖像表現出來。為了達到這個目的，我常常用一些對於讀者來說可能會比較熟悉的比喻。第二，我希望這本書可以讓一般大眾所了解，即使他們過去對物理學或電子學沒有什麼認識也能了解。對於這些讀者來說，我希望這本書可以是一本既提供知識、同時也很有趣的書。

讀這本書的方法應該是從頭讀到尾。主要的原因是，有些觀念往往在某一章用了很多篇幅來介紹，在不同的情況下，又會在後面出現。

任何一門特殊學問都有它自己的專有名詞。微電子學自然也不例外。我已經努力把這本書出現的專有名詞減低到最低限度，不過，同時也引進了足夠數量的專有名詞，讓有興趣的讀者可以繼續去研讀更深的專門著作。每一個專有名詞在引進的時候，都做了介紹，在書的最後也準備了一個專有名詞的注釋。

在物理學中，常常會碰到很大（或很小）的數字，固態物理也不例外。這些數字我都是用文字來表示的，沒有用到科學的符號（其中十億這個字，用的是現在比較為人所接受的一千個一百萬的意思）。在很多場合，我都嘗試用一些比喻來表達這些數量的大小。

誌謝

我很高興有這個機會來表達對內子迪妮絲（Denise），和編輯羅傑斯（Michael Rodgers）的感謝。沒有他們的支持和鼓勵，我懷疑本書能夠和讀者見面。

此外，我要感謝我的同事，特別是查洛斯（Milan Jaros）和哈根（Jerry Hagon），感謝他們多年來給予我許多有啟發性的討論和實際上的協助。

1943年生，國立台灣大學物理系學士，美國馬里蘭大學固態物理學博士。曾先後任新竹清華大學物理系、材料科學系副教授，美國休斯研究所（Hughes Research Laboratories）計畫經理，美國凱斯西方儲備大學（Case Western Reserve University）電機與應用物理系正教授，清華大學電機系正教授等。曾擔任清華大學電子工程研究所所長，現為清大榮譽教授。
除科技專業論文外，著有以海外保釣運動為背景的長篇小說《惑》、《固態電子學》、《半導體的故事》、《我看基督教：一個知識份子的省思》、《科學與宗教：400年來的衝突、挑戰和展望》（入圍第33屆金鼎獎最佳著作人獎）、《出埃及：歷史還是神話？》，並主編《管惟炎口述歷史回憶錄》，以及翻譯《IC如何創新》。