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半導體以前的半導體:從礦石收音機到電晶體——《圖解半導體》

台灣東販
・2022/11/21 ・3430字 ・閱讀時間約 7 分鐘

從礦石收音機到電晶體

直到 1947 年末,美國發明電晶體後,人類才正式開始使用半導體。不過在這之前,人類已經在使用類似半導體的東西,礦石檢波器就是其中的代表。

日本從 1925 年開始放送廣播,最早的收音機使用的是礦石檢波器。檢波器是一種可以接收電波,並從中提取出聲音與音樂等資訊訊號的元件。使用天然存在之礦石製作出來的檢波器,就叫做礦石檢波器。

礦石檢波器。圖/東販

圖 1-1 是礦石檢波器的原理。檢波器的構造是以金屬製的針碰觸著方鉛礦這種特殊礦石(圖 1-1(a))。

電流容易從金屬針流向礦石,卻很難從礦石流向金屬針(圖 1-1(b))。這種特殊的性質稱為整流性,也是半導體的特性。

對於擁有整流性的物質來說,容易讓電流通過的方向稱為順向,不容易讓電流通過的方向則稱為逆向

換言之,順向的電阻較低,逆向的電阻較高。之後會說明理由,總之有這種特性的元件,可用於製作檢波器。而順向與逆向的電阻比值愈大,可以製成愈靈敏的礦石檢波器。

礦石檢波器的原料是天然礦石,所以品質並不固定。針的接觸位置不同時,靈敏度也不一樣。所以製作礦石檢波器時,必須試著尋找能夠使針的敏感度達到最佳的特定位置。雖然品質不穩定,但製作簡便又便宜,也不用消耗電力,所以早期的收音機常會使用礦石檢波器。

當時的收音機少年也熱中於用礦石檢波器,自己動手製作礦石收音機。以前筆者(井上)年紀還小的時候,就曾自己製作礦石收音機。調整好礦石檢波器後,就可以清楚聽到廣播電台的聲音,讓人相當興奮。為了盡可能提高接收電波時的靈敏度,我當時也下了不少工夫。

這裡就來簡單說明用檢波器,從電波中提取出資訊訊號的原理吧。

訊號的接收與提取

接收無線電波訊號。圖/東販

如圖 1-2 所示,欲以無線電波傳送聲音、音樂等頻率較低的波時,需先將其轉變成頻率較高的波才行。

這個操作稱為調變。圖中,以調變器混合資訊訊號波(同圖①)與頻率較高的載波(同圖②)後,可以得到同圖③般的波,然後再發送這種無線電波(同圖④)。

檢波器接收到這種無線電波(同圖⑤)後,由於只會讓正向的調變波通過,故可得到同圖⑥般的波。這種波含有頻率較低的訊號波與頻率較高的載波,所以需再通過低通濾波器(只讓低頻率的波通過的濾波器),抽取出訊號波(同圖⑦)。

在真空管收音機盛行起來之後,人們便不再使用礦石檢波器。不過,在第二次世界大戰時,礦石檢波器又起死回生。使用礦石檢波器的雷達,在第二次世界大戰相當活躍。

雷達的原理。圖/東販

雷達如圖 1-3 所示,可透過指向性高的天線,朝特定對象發射高頻率電波脈衝,再接收由該對象反射回來的電波,並計算時間差,以測量出與該對象的距離與方向。之所以要使用高頻率電波,是因為頻率愈高,愈能正確識別出細小的物體。

這種雷達使用的無線電波叫做微波,頻率在 3GHz~10GHz 左右。若要用真空管檢波器,從頻率那麼高的無線電波中檢出訊號,必須使用體積很大、電容量很大的真空管才行,所以真空管不適用於高頻率的檢波器。

重出江湖的礦石檢波器

此時就輪到礦石檢波器重出江湖了。使用礦石檢波器時,針與礦石只要有一個接觸點就行了,電容量很小,在高頻率時也能正常運作。

如前所述,礦石檢波器的運作並不穩定,無法直接用於戰爭。於是歐美國家便紛紛投入研發性能更好、能夠取代礦石檢波器的新型檢波器,最後得到的就是矽晶(半導體)與鎢針的組合。

矽晶是由人工製成的均質結晶,所以不需要像使用礦石時那樣,用金屬針尋找、調整最佳的接觸位置。

而且,隨著雷達矽檢波器的研究持續發展,科學家們也發現了矽晶是相當典型的半導體。

為了提高結晶的純度,矽晶的精製技術也跟著進步,這和戰後電晶體的發明也有一定關聯。而且,因為製造出高性能的檢波器,所以人們也開始使用像是微波這類過去幾乎不用的高頻率無線電波。相關技術在戰後開放給民間使用,於是電視與微波通訊也開始使用這些無線電波。

雖然我並沒有要肯定戰爭行為,但戰爭確實也有促進科學技術發展的一面。

戰爭確實也有促進科學技術發展的一面。圖/pexels

半導體就是這種東西—溫度與雜質可提高電導率

接著就讓我們進一步說明,半導體究竟是什麼東西吧。

所有物質大致上可依導電性質分為兩類,分別是可導電的「導體」,以及不能導電的「絕緣體」。

導體的電阻較低,電流容易通過,譬如金、銀、銅等金屬皆屬於導體。另一方面,絕緣體的電阻較高,電流難以通過,橡膠、玻璃、瓷器皆屬於絕緣體。

我們可以用電阻率 ρ(rho:希臘字母)來描述物質的電阻大小。電阻率的單位是〔Ω・m〕,電阻率愈大,電阻就愈大。

導體、半導體、絕緣體的分類。圖/東販

如圖 1-4 所示,雖然沒有明確的定義,不過導體指的通常是電阻率在 10-6Ω・m 以下的物質,絕緣體指的則是電阻率在 107Ω・m 以上的物質。

相對於電阻率,有時會用電導率 σ(sigma:希臘字母)來描述物質的電阻大小。電導率為電阻率的倒數(σ=1∕ρ),單位為〔Ω-1・m-1〕。與電阻率相反,電導率愈大,電阻就愈小。

相對於此,半導體如名所示,性質介於導體與絕緣體之間;電阻率也介於導體及絕緣體之間,即 10-6〜107Ω・m。代表性的半導體如矽(Si)與鍺(Ge)。

半導體的特徵不僅在於電阻率的大小,更有趣的是,隨著溫度與微量雜質濃度的不同,半導體的電阻率數值也會有很大的變化。圖 1-5 為溫度對半導體電阻率的影響示意圖。圖中縱軸寫的是電導率 σ,但要注意的是,縱軸的 σ 值其實是對數尺度。

溫度對半導體電阻率的影響。圖/東販

由這個圖可以看出,一般而言,隨著溫度的上升,金屬的電導率會下降(電阻率上升);但半導體則相反,在 200℃ 以下的範圍內,溫度上升時,半導體的電導率會跟著上升(電阻率下降)。

1839 年,法拉第在硫化銀 Ag2S 上首次發現了這種隨著溫度的上升,電導率會跟著上升的奇妙現象。雖然他不知道為何會如此,不過,這確實是人類首次發現半導體性質的例子。

電流是電子的流動,所以電導率提升,就代表半導體內的電子數變多了。電子原本被半導體原子的+電荷束縛著,無法自由移動。不過當溫度上升,獲得熱能後,電子就能脫離原子的束縛自由移動了。

這種能自由移動的電子(自由電子)數目增加後,會變得較容易導電,電導率跟著上升。這就是半導體的一大特徵。

高純度的半導體結晶在室溫下熱能不足,幾乎不存在自由電子,所以可視為絕緣體。

不過,如果在半導體結晶內添加極微量的特定元素雜質(Ge 與 Si 以外的某些元素),便可大幅降低電流通過半導體的難度。這也是半導體的一大特徵(詳情將在 1-5 節中說明)。

半導體的自由電子,也可以透過光能觸發。

英國的史密斯於 1873 年時發現了這種現象。他用光照射擁有半導體性質的硒(Se)時,發現硒的電阻變小了(內光電效應)。

1907 年,英國的朗德對碳化矽(SiC)結晶施加電壓賦予能量時,發現結晶會發光。這種能讓光與電能互相變換的特性,也是半導體的特徵。

——本文摘自《圖解半導體:從設計、製程、應用一窺產業現況與展望》,2022 年 11 月,台灣東販出版,未經同意請勿轉載。

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將陽光轉變成電能的太陽能電池:太陽能電池不是電池——《圖解半導體》
台灣東販
・2022/11/23 ・2778字 ・閱讀時間約 5 分鐘

備受關注的再生能源

近年來,以太陽能發電的再生能源備受關注。

近年來,以太陽能發電的再生能源備受關注。圖/pexels

太陽能電池是太陽能發電的關鍵裝置,這是用半導體將陽光的能量直接轉變成電能的裝置。雖然有「電池」這個名稱,但不像乾電池那樣可以儲存電能。所以「太陽能電池」這個稱呼其實並不洽當,應該稱其為「太陽光發電元件」才對。

太陽能電池會利用到第 1 章 1-2 節提到的半導體光電效應(將光轉變成電能的現象)。不過,僅僅只透過照光,並不能從半導體中抽取出電能。要將光能轉變成電能,必須使用 pn 接面二極體(參考第 1 章 1-8 節)才行。

pn 接面二極體。圖/東販

圖 5-1(a) 為 pn 接面二極體,p 型半導體有許多電洞做為載子,n 型半導體內則有許多電子做為載子。這個 p 型與 n 型半導體接合後,接合面附近的電洞會往 n 型移動擴散,電子則會往 p 型移動擴散,如圖 5-1(b) 所示。

移動擴散之後,接面附近的電子與電洞會彼此結合,使載子消滅,這個過程稱為複合。結果會得到圖 5-1(c) 般,沒有任何載子存在的區域,這個區域就稱為空乏層。

接面附近的空乏層中,n 型半導體的帶負電電子不足,故會帶正電;另一方面,p 型半導體的帶正電電洞不足,故會帶負電(圖 5-1(d))。

因此,n 型與 p 型半導體之間的空乏層會產生名為內建電位的電位差,在接面部分形成電場。這個電場可以阻擋從 n 型半導體流出的電子,與電子從 n 型流向 p 型的力達到平衡,故可保持穩定狀態。

這種狀態為熱平衡狀態,放著不管也不會發生任何事。也就是說,接面上有內建電位差之壁,不管是電子還是電洞,都無法穿過這道牆壁。

用光發電的機制。圖/東販

在這種狀態下,如果陽光照入空乏層,半導體就會在光能下產生新的電子與電洞,如圖 5-2 所示。此時,新的電子會因為內建電場所產生的力而往 n 型半導體移動,新的電洞則往 p 型半導體移動(圖 5-2(a))。於是,電子便會在外部電路產生推動電流的力,稱為電動勢。

在光照射半導體的同時,電動勢會一直持續發生,愈來愈多電子被擠入外部電路,於外部電路供應電力。被擠出至外部電路的電子會再回到 p 型半導體,與電洞結合(圖 5-2(b))。我們可以觀察到這個過程所產生的電流。

太陽能電池的結構。圖/東販

目前太陽能電池的大部分都是由 Si 半導體製成。以 Si 結晶製成的太陽能電池結構如圖 5-3 所示。

為方便理解,前面的示意圖中,都是以細長型的 pn 接面半導體為例。但實際上,太陽能電池所產生的電流大小,與 pn 接面二極體的接面面積成正比。所以 pn 接面的面積做得愈廣愈好,就像圖 5-3 那樣呈薄型平板狀。

前面的說明提到,陽光可產生新的載子,這裡讓我們再進一步說明其原理。

pn 接面二極體的電子狀態。圖/東販

圖 5-4 為 Si 原子之電子組態的示意圖(亦可參考第 38 頁圖 1-11)。Si 原子最外層的軌道與相鄰 Si 原子以共價鍵結合,故 Si 結晶的軌道填滿了電子,沒有空位(圖 5-4(a))。

若摻雜雜質磷(P)或砷(As)等 15 族(Ⅴ族)元素,形成 n 型半導體,便會多出 1 個電子。這個電子會填入最外層電子殼層的最外側軌道(圖 5-4(b)),與共價鍵無關,故能以自由電子的狀態在結晶內自由移動。

由於電子軌道離原子核愈遠,電子的能量愈高,所以位於最外側軌道的電子擁有最高的能量(參考第 57 頁,第 1 章的專欄)。最外側軌道與最外層電子殼層的能量差,稱為能隙。

另一方面,如果是摻雜鎵(Ga)或銦(In)等 13 族(Ⅲ族)元素的 p 型半導體,會少 1 個電子,形成電洞。這個電洞位於最外層電子殼層,能量比自由電子還要低(圖 5-4(c))。

空乏層不存在自由電子或電洞等載子,此處原子的電子組態皆如圖 5-4(a) 所示。

陽光照進這個狀態下的空乏層區域時,原子的電子會獲得光能飛出,轉移到能量較高的外側軌道(圖 5-4(d))。此時的重點在於,電子從光那裡獲得的能量必須大於能隙。如果光能比能隙小的話,電子就無法移動到外側軌道。

光的能量由波長決定,波長愈短,光的能量愈高(參考第 217 頁,第 5 章專欄)。光能 E(單位為電子伏特eV)與波長 λ(單位為 nm)有以下關係。

E[eV]=1240/λ[nm]

抵達地表的陽光光譜。圖/東販

另一方面,抵達地表的陽光由許多種波長的光組成,各個波長的光強度如圖 5-5 所示。

由圖可以看出,可見光範圍內的陽光強度很強。陽光中約有52%的能量由可見光貢獻,紅外線約佔 42%,剩下的 5~6% 則是紫外線。

若能吸收所有波長的光,將它們全部轉換成電能的話,轉換效率可達到最高。不過半導體可吸收的光波長是固定的,無法吸收所有波長的光。

Si結晶的能隙為 1.12eV,對應光波長約為 1100nm,位於紅外線區域。也就是說,用 Si 結晶製造的太陽能電池,只能吸收波長小於 1100nm 的光,並將其轉換成電能。

不過,就像我們在圖 5-5 中看到的,就算只吸收波長比 1100nm 還短的光,也能吸收到幾乎所有的陽光能量。

光是看以上說明,可能會讓人覺得,如果半導體的能隙較小,應該有利於吸收波長較長的光才對。不過,並不只有能隙會影響到發電效率,圖 5-6 提到的光的吸收係數也會大幅影響發電效率。光的吸收係數代表半導體能吸收多少光,可以產生多少載子。

有幾種材料的光吸收係數特別高,譬如 Ⅲ—Ⅴ 族的砷化鎵(GaAs)。GaAs 的能隙為 1.42eV,轉換成光波長後為 870nm,可吸收的光波長範圍比 Si 還要狹窄。但因為吸收係數較高,所以用砷化鎵製作的太陽能電池的效率也比較高。

總之,GaAs 是效率相當高的太陽能電池材料。然而成本較高是它的缺點,只能用於人造衛星等特殊用途上。即使如此,研究人員們仍在努力開發出成本更低、效率更好,以化合物半導體製成的太陽能電池。

——本文摘自《圖解半導體:從設計、製程、應用一窺產業現況與展望》,2022 年 11 月,台灣東販出版,未經同意請勿轉載。

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快閃記憶體的原理:我們常用的 USB 記憶體與記憶卡——《圖解半導體》
台灣東販
・2022/11/22 ・3591字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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快閃記憶體常被用在個人電腦的 USB 記憶體、數位相機或智慧型手機的記憶卡等地方。即使切斷電源,記憶內容也不會消失,屬於非揮發性記憶體,且與 DRAM 的隨機存取類似,可讀取、擦除、寫入內容。不過,快閃記憶體的動作較慢,無法取代 DRAM。

快閃記憶體由東芝的舛岡富士雄於 1984 年發明。

DRAM 會透過記憶體電容器累積的電荷來記憶資訊。而快閃記憶體則會透過 MOSFET 內的懸浮閘極累積電荷。

快閃記憶體的結構。圖/東販

圖 4-11 為快閃記憶體的結構。MOSFET 的閘極與 Si 基板之間,有個不與任一方相連的懸浮閘極。

這個懸浮閘極就是快閃記憶體的特徵。電荷儲存在這裡時,因為周圍是由氧化膜(SiO2)構成的絕緣體,所以電荷(電子)不會跑到其他地方。即使切斷電源,記憶體內的資訊也不會消失,為非揮發性記憶體。

快閃記憶體的懸浮閘極帶有電荷時,儲存的是「0」;無電荷時,儲存的是「1」。懸浮閘極可透過累積或釋放電子,來記錄或保存資訊。

資訊的寫入與消除。圖/東販

圖 4-12(a) 為寫入「0」的情況。此時源極、汲極、基板皆為 0V,並對控制閘極施加正電壓。

於是,Si 基板內的電子就會穿過氧化膜,於懸浮閘極內蓄積。「電子可穿過絕緣體氧化膜」聽起來有些不可思議,不過氧化膜相當薄,厚度只有約數 nm,所以電子可以透過穿隧效應穿過氧化膜。

因此,Si 基板與懸浮閘極之間的氧化膜也叫做穿隧氧化膜。寫入資訊「1」時,懸浮閘極不會蓄積電子,所以什麼事都不會發生。

當我們想要消除資訊,也就是消除懸浮電極蓄積的電子時,需讓控制電極電壓為 0V,並對源極、汲極、基板施加正電壓,如圖 4-12(b) 所示。這麼一來,懸浮電極內蓄積的電子就會透過穿隧效應穿過氧化膜,移動到電壓較高的基板一側。於是,原本蓄積於懸浮電極的電荷就會消失。

讀取已記錄的資訊。圖/東販

另一方面,當我們想要讀取資訊時,只要在控制電極施加一定的正電壓,便可透過從源極流向汲極的電流,讀取儲存單元內的資訊(圖 4-13)。

若懸浮閘極內有蓄積電子(「0」的狀態),這些電子的負電會抵消掉控制閘極施加的正電壓,使電流難以通過底下的通道。

利用懸浮電荷量不同來控制記憶體

若懸浮閘極內沒有累積電子(「1」的狀態),閘極電壓就會直接影響到基板,與 MOSFET 的情況一樣,故下方會有電流通過。所以由電流的差異,就可以判斷儲存單元的資訊是「0」或「1」。

即使懸浮閘極內有蓄積電荷(圖 4-13 的「0」狀態),要是對控制閘極施加的電壓過高,源極與汲極之間還是會有電流通過。

也就是說,懸浮電荷量不同時,使電晶體開始產生電流的閾值電壓(Vth,參考第 89 頁)也不一樣。故我們可藉由懸浮電荷量的控制來記憶資訊。

快閃記憶體的 SLC 與 MLC。圖/東販

由前面的說明可以知道,像圖 4-14(a) 這樣的單一儲存單元,只能記錄 1 個位元,可能是「0」或「1」。

用閾值電壓判斷單元狀態

不過,如果閾值電壓可任意控制,就可以將懸浮閘極依儲存的電荷量,從滿電荷到無電荷分成 4 個等級,如圖 (b) 所示。4 個等級可分別對應「01」、「00」、「10」、「11」。這麼一來,1 個儲存單元就可以記錄 2 位元的資訊。

因為每種狀態所對應的閾值電壓都不一樣,Vth01>Vth00>Vth10>Vth11,所以讀取資訊時,可以由閾值電壓判斷該儲存單元處於何種狀態。

可分成 4 種狀態的單元稱為 MLC(Multi Level Cell)。另一方面,只有 2 種狀態的單元稱為 SLC(Single Level Cell)。

MLC 的 1 個儲存單元可以記錄 2 位元的資訊。如果將 Vth 分成更多區間,還可以記錄 3 位元、4 位元的資訊,進而提升容量。不過,MLC 懸浮閘極寫入電壓的控制技術相當困難,MOSFET 對干擾現象又特別敏感,所以要做成增加更多層相對困難。

快閃記憶體的缺點

另外,快閃記憶體在記錄、消除資訊時,需使用 10V 之類相對較高的電壓,電子才能突破穿隧氧化膜。因此,反覆讀寫會造成氧化膜劣化,最後使儲存單元無法保留電子。也就是說,快閃記憶體的壽命比其他記憶體還要短。寫入速度較慢也是一項缺點。

另一方面,快閃記憶體與 DRAM 不同,不使用電容器,所以1個晶片可搭載的儲存單元較多,較容易提升容量。

快閃記憶體的組成——NAND 型與 NOR 型

NAND 型與 NOR 型。圖/東販

快閃記憶體與 DRAM 一樣,都是由許多儲存單元排列成矩陣的樣子。快閃記憶體可依組成分成 NOR 型與 NAND 型 2 種(圖 4-15)。

NOR 型的快閃記憶體結構。圖/東販

圖 4-16 為 NOR 型的快閃記憶體結構。除了字元線與位元線之外,還有「源極線」存在,且源極線需通以電流。

NOR 型的快閃記憶體運作方式與 DRAM 相近,較好理解。以圖中圈出來的儲存單元為例,讀取單元內的數值時,會在對應的字元線施加讀取用電壓,然後透過位元線讀取資訊。另一方面,消除或寫入資訊時,會對位元線施加寫入用電壓,字元線也會施加寫入用電壓。

實際上的運作相當複雜,所以不像 DRAM 那樣只有 0 與 1 的 2 種數值,不過和 DRAM一樣是一個個單元讀取、寫入。換言之,可以隨機存取儲存單元。

NAND 型快閃記憶體的結構。圖/東販

另一方面,NAND 型快閃記憶體的結構則如圖 4-17 所示。

NAND 型的結構中,同一條字元線串聯起許多儲存單元,稱為 1「頁」(page),多條字元線有許多頁,稱為 1 個「區塊」(block)。

NAND 型的頗面圖。圖/東販

圖 4-18 中,1 條位元線可串聯起許多儲存單元。這種結構有個特徵,那就是同一條位元線上,各個 MOSFET 的源極與汲極皆串聯在同一列上。這一列MOSFET製作在半導體基板上時,剖面圖如下。

基板上,1 個電晶體的源極,與相鄰電晶體的汲極共用同一個n區域,所以表面不需設置電極。少了電極而多出來的空間,就可以用來提升電晶體的聚積密度。

不過這種結構下,1 條位元線的電流比 NOR 型的電流還要小,所以讀取速度比較慢。另外,因為 1 個儲存單元比較小,所以懸浮閘極保留的電荷也會比較少,使資料保存的可靠度較差。

NAND 型的擦除與寫入步驟

NAND 型快閃記憶體需以 1 個區塊(含有許多頁)為單位進行擦除,以 1 頁為單位進行寫入。

因此,要更改 1 頁的內容時,必須將含有這 1 頁之整個區塊的資訊暫時複製存放到外部的其他地方,然後刪去整個區塊的資料,然後再把區塊資料複製回來,同時把要更改的內容寫進去。

也就是說,即使只是要改寫 1 位元的內容,也必須將整個區塊的資料都刪除掉才行。因為必須一次刪除廣大範圍的資料,所以被取了「快閃」這個名字。

快閃記憶體的主要用途是 USB 記憶體或 SSD 等資料儲存裝置。圖/pexels

不過,寫入資料時是一次寫入一整頁資料,所以寫入速度比 NOR 型還要快。

若比較 NOR 型與 NAND 型,會發現 NOR 型的優點是讀取較快,資料的可靠度較高。所以像是家電的微處理器、含有簡單程式的記憶體等裝置,對讀取的需求大於寫入,便會採用 NOR 型快閃記憶體。雖然容量不大,寫入較慢,但這些裝置幾乎不會進行寫入動作,所以高可靠度、較快的讀取速度對它們來說比較重要。

然而,快閃記憶體的主要用途是 USB 記憶體或 SSD 等資料儲存裝置,常需改寫儲存單元內的資料。此時,NAND 型的高聚積化就會是很大的優點。因此 NAND 型目前才是快閃記憶體的主流。

——本文摘自《圖解半導體:從設計、製程、應用一窺產業現況與展望》,2022 年 11 月,台灣東販出版,未經同意請勿轉載。

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史上第一個全腦世代!獨立、重視個體性、技能比學位更重要的「Z 世代」——《全腦人生》
天下文化_96
・2022/08/24 ・4462字 ・閱讀時間約 9 分鐘

  • (編按)根據不同世代的背景和特徵,歐美國家流行將不同年代出生的人們依序冠以:
    • 嬰兒潮世代:1946 年~1964 年,二戰後嬰兒潮
    • X 世代:1965年~1980年
    • Y 世代:1980年~1990年,千禧世代
    • Z 世代:1990年代末~2010年代前期,數位原生世代
    • α 世代:Z 世代的子女

隨著科技日新月異,各個世代產生了哪些轉變?

千禧世代之後,Z 世代接棒,他們的父母通常是思想獨立的 X 世代。這些 Z 世代青年比父母一輩更獨立,更運用全腦生活,原因如下:

  • 第一,這些孩子是由 X 世代撫養,長成的一號人格註1超級給力。
  • 第二,Z 世代接受右腦學習教育,造就強大的全腦思維。
  • 第三,X 世代得將嫻熟科技的全腦思維,融入嬰兒潮世代。

那由左腦建構的世界,無獨有偶,Z 世代也得將全腦思維融入千禧世代那右腦主導的世界。綜上所述,Z 世代在生物學上和文化方面都是史上第一個全腦世代。

Z 世代與千禧世代相仿,從嬰兒床時期就與科技產品綁在一起,許多人說自己的母語之前,早就會說谷歌語言。

不過,千禧世代喜歡群體,希望置身社群網路,Z 世代在社交活動上卻更為自主,沒那麼喜歡與人互動,反而與科技互動更自在。

科技常常使得人與人的互動減少,你們也是嗎?圖/Envato Elements

將科技視為自我延伸的「Z 世代」

深究發現,Z 世代其實是將科技視為自我的延伸,有意識的將科技工具整合至日常生理活動。

手機應用程式替他們監控生命徵象,計算步數及每分鐘的呼吸次數,追蹤睡眠,減緩心率,降低焦慮,還會以任何你可想像的方式協助轉移注意力;手機應用程式會告訴他們該吃什麼,何時達到社群媒體每日使用時間上限,何時該睡覺——然後,會播放 δ 波音樂,提升睡眠品質。

儘管資通訊科技可促使人與人之間更頻繁交流,

卻不會激起人際連結的火花,

無法以正向方式刺激大腦。

Z 世代青年如此頻繁使用科技,變得愈來愈自動化,神經愈來愈根據科技來調節,世代差異益發明顯。與美軍世代及嬰兒潮世代的傳統思維、價值觀與行動相比,這些孩子及之後的 α 世代,神經學層面實有獨到之處。

在一個世紀內,大腦的支配方式及價值觀已然產生變化,儘管我們數十年來早已發現,人與人的接觸有助建立更健康的神經網路,科技卻造成人際連結嚴重中斷。

儘管資通訊科技可促使人與人之間更頻繁交流,卻不會激起人際連結的火花,無法以正向方式刺激大腦。人類天生就是社會動物,我們與科技的緊密互動,正在戕害我們的健康。

越科技,與孤獨的距離也更近

根據一份各世代孤獨感的自陳報告研究,科技使用程度與孤獨感之間呈直接正相關。

比起從小身處科技環境的世代,美軍世代及嬰兒潮世代成長過程畢竟並未時常伴著手機、電腦、平板電腦,受試者自陳的孤獨感較低。此外,機不離身導致人機界線模糊,病態狀況層出不窮,夫妻與家人莫不帶著這頭號問題,尋求治療解方。再加上電磁輻射對生物系統的影響仍為未知,科技也開始彷彿列車長不在的失速列車。

Lonely Ryan Reynolds GIF by POKÉMON Detective Pikachu
如果感到孤獨的話,也許是時候該放下手機了。圖/GIPHY

2001 年,全腦 Z 世代族群年紀尚小,有些人甚至還沒有出生,全美社會就歷經九一一事件的創傷,承受創傷後壓力症的餘波;後來 2008 年金融危機,迪士尼樂園假期縮成宅度假,這些孩子很快就知道這世界危機四伏,他們的二號人格遭恐懼和焦慮淹沒,也是理所當然;日常言論充斥著政治對立和仇恨,無怪乎藥物過量與自殺情形肆虐,年輕一代那些自覺在人際網路中無足輕重的孩子,更是置身險境。

要是上述事件還不夠嚴重,請想想這些孩子還面臨 2020 年開始的新冠肺炎大流行,說他們有點像是在野外求生,也不為過。

世道如此艱難,Z 世代如同千禧世代,耗費許多時間應付戰鬥或逃跑反應,並未累積太多財富,當然不願買房或安頓下來,反而希望繼續移動,畢竟移動的目標才難以被抓住。

所以,Z 世代究竟有哪些特徵?

Z 世代如父母一樣獨立,重視左腦一號人格的個體性,沒興趣將自己擠入社會組織架構的框架,於是,許多人選擇直接跳過大學。

Z 世代只要動動手指,就能通達浩如煙海的資訊,真真切切以強大的一號人格與科技共存,也以三號人格的價值觀過活。想要什麼東西,就上亞馬遜訂購,無論他們可能身在何處,訂購物品幾乎立刻就送達門前。三號人格好喜歡科技帶來的即時滿足感。

網際網路幾乎可以即時滿足 Z 世代的大部分物質慾望。圖/Pixabay

Z 世代天生熟悉電腦程式碼,許多人幾乎沒什麼開銷,便賺得大筆收入,因為大型科技公司現在直接透過網路雇用他們的技能。事實上,在科技盛行的世界,Z 世代人才炙手可熱,谷歌與亞馬遜等大公司甚至不需要員工有學士學位。

Z 世代喜愛高薪工作,開名車,身著最新的花押字印花名牌。Z 世代一號人格的自我價值由所持有的事物反映,但若二號人格感覺遭威脅,而三號人格需要衝至別處,也要隨時能將所需要的事物一把抓起帶著走。

這點,與典型的千禧世代特徵有如天壤之別,千禧世代通常會到古著店或二手衣店買衣服,錢比較不會用在自己身上,更傾向捐款做公益。

與社群媒體共生:Z 世代更寬容、更不受拘束

若說千禧世代有了社群媒體而如虎添翼,Z 世代則需要社群媒體,才能如魚得水。

Z 世代建立關係的對象主要是手機、iPad、電腦,因此他們站在文化潮流的尖端,了解現今當紅時事,簡直是第二天性。

右腦強勢又強大的他們,儘管常聽到長輩仇恨言論喋喋不休,面對與之殊異的文化、族裔、宗教、性傾向,都更為寬容;比起應該做的事,花時間做喜歡的事更自在。

對 Z 世代來說,社群媒體佔了生活得很大一部分。圖/pixabay

Z 世代手藝精巧,對自己下了工夫的創作,引以為傲。他們的四號人格希望種植可食用的健康作物,打造美麗花園,關心清淨的空氣和水源,一心保護地球家園。

電腦對人腦帶來的加速、耗損與壓迫

我們這個社會已經達到人類與科技融合的轉捩點。這麼說好了,儘管大腦是由數百億個互相傳遞訊息的神經元組成,造就的神奇副產物卻是人類個體意識的展現;相形之下,我們有數十億顆大腦互相交流,共同展現人類的集體意識。

再更進一步說,網際網路是由數十億部電腦組成,電腦則透過人腦意識互相連接,結果就是:出現遍及全球的科技意識,而這種意識突破了最狂放的科幻想像。

人類與電腦開始產生這種聯繫之時,是人類建構電腦,影響電腦。然而,現在卻是電腦在影響人腦。

隨著千禧世代與 Z 世代到來,網際網路的追蹤行為司空見慣,我們的上網活動、位置、移動模式、飲食、採買的產品、理財習慣、政治喜好,甚至是我們的臉孔、朋友家人互動程度,都會受到追蹤,手機應用程式會監控、蒐集我們的生物系統資料,提供生活建議。

手機無時無刻不在紀錄我們的一舉一動,甚至影響我們的選擇、行動和思考。圖/Pixabay

科技與人類如今步步走向整合,最終我們不僅賦予科技影響我們想法、情緒和生理反應的能力,也已嘗試植入各種形式的科技和神經微晶片。這點令人既期待又害怕。

生物系統的運作集結了各種負回饋迴路,例如,我餓到肚子痛,吃了東西,痛感就沒了。在此生物系統中,我有欲望,並依這種欲望行事,欲望消止之後,我感覺滿足,該系統就暫歇。

以負回饋迴路為本的系統,有其妙處:可以建立並傳達需求,一旦滿足需求,就能恢復自身的平衡與恆定機制。在恆定機制下,生物系統可以自行休息與補足能量。這些負回饋迴路消耗最少的能量來示警,警報一解除,系統就會暫時關閉,返回節能模式,生命因此得以健康發育。

另一方面,資通訊科技堪稱正回饋系統,不會暫歇或停止運作。此系統愈常運轉(也就是你打電動或瀏覽網頁的次數愈多),系統中設置的誘惑也愈多,以便增加你的點閱數,吸引你付出更多時間與注意力。這些科技全天候運作,會加速我們的神經網路,也會耗損我們的神經網路。

大腦就像電腦一樣,偶爾要清理才不會當機

電腦及網際網路的世界都會持續運作,直到當機、需要修復或更新軟體的時候。然後,該系統會重新啟動,並從上次停止的地方再度開始運轉。電腦驅使我們更賣力工作,更用力玩遊戲,更迅速思考。從認知和情緒方面來看,這些科技正在磨耗我們的生物系統,我們更難抵擋科技癮頭。

科技帶來便利,協助我們提高效率,適當使用的話,也能創造更健康的工作與生活平衡狀態——這些當然無可否認,只是,科技老是鼓勵我們「衝衝衝」,可能造成腦部健康大大受損,也可能粉碎我們與身旁親友的關係。

科技就像是生活的加速器,但也讓我們忘了「停下」。圖/Pixabay

大腦基本上就是人類生命的硬碟,我們成天編譯數十億個 Cookie ——來自電視、手機、社群媒體、以及科技替你量身訂做的健身課表,當然還有工作用的電腦。

人腦就像工作用的電腦,我們若沒有一天清理好幾次垃圾檔案,至少也要每天清理一次,重新啟動大腦,才能呈現最佳效能。若要還原為由負回饋迴路驅動的生物系統,我們必須定期按下暫停鍵,給大腦機會更新、重新校準並執行硬體重設,這也是睡眠如此重要的一大因素。

一天之中找些時間,有意識的與四大人格舉行大腦會議,也享有這種好處。無論我們是否需要接受幫助,或者只是剛好想抱持感恩,擁抱新氣象,我們都有能力選擇想成為什麼樣的人,有能力選擇如何成為那樣的人,有能力扶自己一把。

無論這些世代的差異為何,誠如我在 TED 演講所述:

我們是能量生物,藉由右腦半球的意識互相連結,

形成一個人類大家庭。

而此時此地,我們全都是這個星球上的兄弟姊妹,

來這裡,讓這個世界更美好。

而在這個時刻,我們很完美,我們很完整,我們很美麗。

——本文摘自《全腦人生:讓大腦的四大人格合作無間,當個最棒的自己》,2022 年 8 月,天下文化,未經同意請勿轉載。

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天下文化_96
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