台積電用一流人才做二流工作?專家:多虧這些高手,才能超越英特爾!

2021-02-02 14:55

? 人氣

電晶體的種類很多,先從大家耳熟能詳的「MOS」來說明。MOS的全名是「金屬—氧化物—半導體場效電晶體(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)」, 構造如圖二所示,左邊灰色的區域叫做「源極(Source)」,右邊灰色的區域叫做「汲極(Drain)」,中間有塊金屬(紅色)突出來叫做「閘極(Gate)」,閘極下方有一層厚度很薄的氧化物(黄色),因為中間由上而下依序為金屬(Metal)、氧化物(Oxide)、半導體(Semiconductor),因此稱為「MOS」。

透過<Google新聞> 追蹤風傳媒

圖二 金屬—氧化物—半導體場效電晶體(MOSFET)的結構與工作原理。  資料來源:曲博科技教室。
圖二 金屬—氧化物—半導體場效電晶體(MOSFET)的結構與工作原理。 資料來源:曲博科技教室。

MOSFET的工作原理很簡單,電子由左邊的源極流入,經過閘極下方的電子通道,由右邊的汲極流出,中間的閘極則可以決定是否讓電子由下方通過,有點像是水龍頭的開關一樣,因此稱為「閘」;電子是由源極流入,也就是電子的來源,因此稱為「源」;電子是由汲極流出,看看說文解字裡的介紹:汲者,引水于井也,也就是由這裡取出電子,因此稱為「汲」。

➤當閘極不加電壓,電子無法導通,代表這個元件處於「關(OFF)」的狀態,我們可以想像成這個位元是0,如圖二(a)所示;

➤當閘極加正電壓,電子可以導通,代表這個元件處於「開(ON)」的狀態,我們可以想像成這個位元是1,如圖二(b)所示。

MOSFET是目前半導體產業最常使用的一種場效電晶體(FET),科學家將它製作在矽晶圓上,是數位訊號的最小單位,我們可以想像一個MOSFET代表一個0或一個1,就是電腦裡的一個「位元(bit)」。電腦是以0與1兩種數位訊號來運算,我們可以想像在矽晶片上有數十億個MOSFET,就代表數十億個0與1,再用金屬導線將這數十億個MOSFET的源極、汲極、閘極連結起來,電子訊號在這數十億個0與1之間流通就可以交互運算,最後得到使用者想要的加、減、乘、除運算結果,這就是電子計算機或電腦的基本工作原理。晶圓廠像台積電、聯電,就是在矽晶圓上製作數十億個MOSFET的工廠。 (延伸閱讀:晶片龍頭只有英特爾?AMD和英偉達藉收購案發起挑戰)

閘極長度: 半導體製程進步的關鍵

在圖二的MOSFET 中,「閘極長度(Gate length)」大約10奈米,是所有構造中最細小也最難製作的,因此我們常常以閘極長度來代表半導體製程的進步程度,這就是所謂的「製程節點(Node)」。閘極長度會隨製程技術的進步而變小,從早期的0.18、0.13微米,進步到90、65、45、22、14奈米,到目前最新的製程10、7、5奈米,甚至未來的3奈米。當閘極長度愈小,則整個MOSFET就愈小,而同樣含有數十億個MOSFET的晶片就愈小,封裝以後的積體電路(IC)就愈小,最後做出來的手機就愈小囉!

關鍵字:
風傳媒歡迎各界分享發聲,來稿請寄至 opinion@storm.mg

本週最多人贊助文章