道客优

我们经常看到报道上说芯片制程达到了14nm、7nm、5nm，最近中芯国际在没有ASML的EUV光刻机的情况下，实现了7nm的制程，有很多人对此感到很兴奋。同时也有人问，半导体的多少纳米制程，到底是指晶体管间距多少纳米，还是晶体管的大小是多少纳米？

要回答这个问题，我们得从一个晶体管单位的组成说起。

一个晶体管结构大致如下图所示：

晶体管工作的时候，电流从源极（Source）流入漏极（Drain），中间绿色的那堵墙叫作栅极（Gate），相当于一个闸门，它负责控制源极和漏极之间电流的通断。而电流通过栅极（Gate）时会损耗，栅极的宽度就决定了损耗的大小。表现在芯片上，就是芯片的发热和功耗，栅极越窄，芯片的功耗就越小。

栅极的最小宽度（栅长，就是上面右图Gate的宽度）就是多少nm工艺中的数值了。

在实际芯片制程工艺中，越小的制程工艺，不但对制造工艺和设备有更高的要求，其芯片性能也会受到极大的影响。当宽度逼近20nm的时候，栅极对电流的控制能力就会急剧下降，从而发生“漏电”的问题。

漏电会导致芯片的功耗上升，更会使电路发生错误，信号模糊。为了解决信号模糊的问题，芯片又不得不提高核心电压，使得功耗更大。这对于更小工艺制程来说，是一个矛盾。

为了解决这个问题，台积电和三星等芯片制造企业，提出了FinFET工艺。这种工艺，简单来说，就是将芯片内部平面的结构，变成了立体的，把栅极形状改制，增大接触面积，减少栅极宽度的同时降低漏电率，而晶体管空间利用率大大增加。

FinFET（鳍式场效应晶体管），是一种新型的晶体管，这种被称为CMOS的工艺优势很明显，很快就被大规模应用于手机芯片上。

然而，在5nm以下的制程芯片中，影响芯片性能的除了漏电问题之外，更大的是量子效应的影响，这时芯片的特性更难控制，科学家们要寻求新工艺才能使芯片更进一步。

业内正在发展的一种新技术叫做环绕式栅极技术（Gate-All-Around），简称为GAA横向晶体管技术（GAAFET）。这项技术的特点是实现了栅极对沟道的四面包裹，源极和漏极不再和基底接触，而是利用线状（可以理解为棍状）或者平板状、片状等多个源极和漏极横向垂直于栅极分布后，实现MOSFET的基本结构和功能。