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今（2025）年夏天，紀錄片《造山者－世紀的賭注》上映，介紹臺灣的半導體發展史。乘著這股熱潮，《科學月刊》也於7月18日舉辦「生活就是科學」講座。搭乘時光機返回57年前的7月18日，正是美國半導體公司英特爾（Intel）的創立日。英特爾等半導體公司當初如何成立，並造就了今日了美國矽谷？背後竟有一段「老闆失職，員工集體出走」的驚人故事？本次講座邀請科學史作家、同時也是臉書粉絲專頁「科學棋談」版主的張瑞棋，帶領讀者回歸「造山者」的原點──美國矽谷，一窺晶片的發明與矽谷的起源。

▲ 蕭克利半導體實驗室原址。（張瑞棋提供）

半導體的初登場

現今電腦、手機、電器用品都有各種晶片或微處理器（microprocessor），而在全世界的電腦供應鏈中，臺灣可說是占有一席之地。為什麼臺灣能夠做到如此？電影《造山者》回顧了上個世紀的臺灣訂定半導體發展目標，派人前往美國矽谷學習技術的歷程。美國矽谷又為什麼成為世界的半導體重鎮？張瑞棋說，這個問題必須從「半導體是什麼」談起。

因此演講之初，張瑞棋先解釋半導體之所以特別，在於電子能隙恰好介於導體及絕緣體之間，可以因環境或摻入雜質而呈現不同導電性。人類對半導體的使用，則需回溯到19世紀末。1879年，美國發明家休斯（David Hughes）在改良電話時意外發現碳（C）能作為感應器接收電波訊號。到了1902年，美國工程師匹卡德（Greenleaf Pickard）進一步測試碳塊，無意間發現除了碳之外，還有不同礦石能接收無線電波。深入探究之後，匹卡德發現矽石搭配銅或銀的效果最好，於是依此原理發明了「礦石檢波器」（crystal detector），並開發了世界上第一個半導體商品──礦石收音機。由於既便宜又耐用，礦石收音機在1920年代風靡一時。雖然隨後真空管技術迅速崛起並取代了礦石收音機，但礦石檢波器的經驗，為後來的半導體研究埋下伏筆。

貝爾實驗室與電晶體的誕生

接著，張瑞棋提到了關鍵人物之一：美國工程師歐偉（Russell Ohl）。1920∼1930 年代，美國電話電報公司（American Telephone & Telegraph, AT&T）開通跨洋電話，需要更高頻的無線電，但AT&T的貝爾實驗室（Bell Labs）無法突破真空管技術的瓶頸。此時，歐偉回頭研究礦石檢波器，試圖藉由提煉純度更高的矽礦石，解決高頻無線電波的問題。實驗中歐偉觀察到在提煉礦物時，先熔化後冷卻的過程中，由於硼（B）和磷（P）沉澱速度不同，使得礦石上半摻有較多硼，下半有較多磷，礦石本身則因不均勻而裂開，歐偉稱為「PN接面」，而這也正是半導體導電的關鍵。PN接面形成一道屏障，礦石不會導電，但在光照下，自由電子會被激發並越過屏障，形成電流。於是歐偉開始思考利用此種矽石產生高頻無線電的可能性。

戰後，接手相關研究的美國物理學家布拉頓（Walter Brattain）和蕭克利（William Shockley）一直試圖取得進一步突破。蕭克利起初提出「場效應三極體」（field-effect transistor）構想，認為可藉由改變電場達成開關訊號的效果。但實際上卻受限於「表面態」的問題，也就是改變電場後，電子會落入矽原子外層軌域之中，而不是成為自由電子，因此無法導電。

後來同為物理學家的巴丁（John Bardeen）與布拉頓發現並解決了表面態問題，在1947年以「點接觸」的方式成功製造了世界上第一個電晶體。然而，貝爾實驗室在申請點接觸電晶體專利時，並未將蕭克利的名字列入。身為主管的蕭克利深感遭受背叛，一方面憤而在1948年發明了「雙極接面式電晶體」，另一方面從此對下屬始終懷疑猜忌。

由於電晶體極為重要，美國軍方要求貝爾實驗室必須將技術授權給其他機構，促成半導體廠商紛紛林立。1952年助聽器上市，是世界上第一個採用了電晶體的商品。眼見其他廠商在電晶體市場大有斬獲，早就心懷不滿的蕭克利開始尋找自立門戶的機會。

八叛徒與矽谷的起點

1956 年，蕭克利在貝克曼儀器公司（Beckman Instruments）資助下，於緊鄰史丹佛工業園區（Stanford Industrial Park）的山景城（Mountain View）創立「蕭克利半導體實驗室」，不同於貝爾實驗室，他以矽（Si）取代鍺（Ge），生產場效應電晶體，這也是美國西岸第一家半導體公司。其實當時美國西岸的研發人才、據點皆遠不如東岸，因此蕭克利原本傾向於東岸徵才，但時任史丹佛大學（Stanford University）教務長的特曼（Frederick Terman）期望就近在校園附近打造工業園區，達成產學合作的雙贏互助局面，因此以低廉租金吸引大量科技廠商進駐。蕭克利的半導體實驗室加上史丹佛工業園區，正是現今的矽谷濫觴。

無奈的是，儘管延攬了優秀的年輕學者加入公司，蕭克利仍籠罩於過去遭布拉頓與巴丁「背叛」的陰影中，對於下屬極度不信任。因此蕭克利管理作風強硬，不但限制員工之間的交流，更出言貶低下屬、要求審視下屬的論文並將自己列為共同作者、對下屬實施測謊以及智力與性向測驗等，令員工心生不滿。甚至在場效應電晶體的開發尚未完備之際，蕭克利便不顧既有產品開發進度落後問題，宣布未來將另行開發「四層二極體」，方向與架構和過往完全不同。蕭克利的獨斷，加上看不見前景的發展計畫，讓八位核心員工開始密謀集體離職，另行創立「快捷半導體」（Fairchild Semiconductor），史稱「八叛徒事件」（the Traitorous Eight）。

快捷半導體成立於1957年，具備步進式曝光機、平面製程、積體電路等關鍵技術，種種技術突破使得電腦體積大幅縮小，各領域也廣為採用。但1961年之後，原始八位員工也紛紛自行創業，各自成立積體電路公司、創投公司等，於史丹佛工業區及周邊開枝散葉，開啟矽谷創業文化。此後愈來愈多公司成立、進駐，矽谷漸漸發展成今日的科技業重鎮。有趣的是，張瑞棋特別提及，演講當日正好是英特爾公司成立57週年，英特爾公司由八叛徒中的諾宜斯（Robert Noyce）與摩爾（Gordon Moore）兩人成立，原先想將兩人的姓氏合併作為公司名稱，但諾宜斯與摩爾令人聯想到「more noise」，即「雜訊更多」的意思，為避免負面諧音，後來才將公司名稱改為英特爾。

最後講者將視角拉回臺灣。1974 年，在美國無線電公司（Radio Corporation of America, RCA）任職的潘文淵返臺，與孫運璿等人確立發展積體電路的新興工業。1977年李國鼎訪美，特地拜訪特曼，受到他開創史丹佛園區的啟發，回國後推動新竹科學園區的規畫。也正是這一步，開啟了臺灣在全球半導體供應鏈奠定重要地位的第一步。

技術的演進背後有人的歷史與冒險

從最初的軍用需求，到今日的AI應用，半導體的發展可說是引領了現代科技發展的大功臣，臺灣更在產業中扮演關鍵角色。在觀賞《造山者》紀錄片之餘，不妨回首想想，這一切的起點又在哪裡？跟隨張瑞棋的腳步返回過去，我們將發現這也許不只是一段技術演進的歷史，更蘊藏著人與人的分合、競逐與冒險故事。

▲ 快捷半導體原址附近的碑，上面說明了第一顆商業化的積體電路在此處發明、製造。（張瑞棋提供）