製造的極致-納米制程

我們經常聽到新聞裡報道尖端晶片製程時，常常提到幾奈米幾納米制程，比如臺積電最牛逼，3奈米已經開始試產，並已經開始2納米制程的開發。歐盟也在最近公佈的晶片法案內抱怨歐洲即使研究成果領先世界，但是實際生產都集中在22奈米大小的車載晶片領域，7奈米5奈米的晶片都做不了，更不用說3奈米甚至2奈米了。

晶片尺寸越來越小意味著功耗越來越小

可見納米制程是衡量一個企業，甚至一個國家晶片製造水平的重要標誌。那這到底代表什麼哪一段的長度？為什麼這麼難達到？

要搞清楚納米制程是什麼，我們先了解下晶片製造領域一個著名的定律-摩爾定律。

英特爾前任總裁Gordon Moore在1965年4月19日的《電子學》（Electronics）技術期刊上發表了摩爾定律，當時還是仙童公司電子工程師的摩爾在《電子學》雜誌上發表文章預言，半導體晶片上整合的電晶體和電阻數量將每年翻一番。1975年他又提出修正說，晶片上整合的電晶體數量將每兩年翻一番。目前修定的說法是每18個月翻一番。

當時，積體電路問世才6年。摩爾的實驗室也只能將50只電晶體和電阻整合在一個晶片上。摩爾當時的預測聽起來好像是科幻小說；此後也不斷有技術專家認為晶片整合的速度“已經到頂”。但事實證明，摩爾的預言是準確的。儘管這一技術進步的週期已經從最初預測的12個月延長到如今的近18個月，但“摩爾定律”依然有效。目前最先進的積體電路已含有17億個電晶體。

摩爾定律

這就意味著指數級增長的電晶體排列在一定區域的晶片上，甚至晶片也在變得越來越小。這就意味著電晶體之間

得

排列更緊密，電晶體也越來越小。經常提到

得

2奈米或者7奈米，指的是單個電晶體柵極

得

長度，當電晶體工作時，電流要從漏極流向源極，此時要透過柵極，這個柵極就好比電門，寬度就是所謂得2奈米或者7納米制程了。奈米作為單位長度，很多人沒有概念。1毫米等於1000微米，1微米等於1000奈米，大家可以想象下精密程度。

但在把晶片越做越小後，電晶體兩級之間會產生漏電現象，所以如何控制電子的有效流動，如何在更小的晶片上擺放更多的電晶體，就是考驗晶片設計和製程能力的挑戰。誰掌握這個技術，在晶片製造領域就有絕對話語權，因為更小的製程意味著更小的晶片，同時意味著更少的能耗，更大的空間留給了其他裝置，也讓智慧穿戴裝置的發展成為可能。

雖然現在電晶體結構已經從MOSFET平面結構發展為立體的鰭式場效應電晶體結構，或是全環繞柵極電晶體結構，納米制程已經不像以前那樣有參考意義，但依舊被用來衡量晶片製造技術的一個重要指標。