FinFET全面攻占iPhone 五分钟让你看懂FinFET

　　打开这一年来半导体最热门的新闻，大概就属FinFET了，例如：iPhone 6s内新一代A9应用处理器采用新电晶体架构很可能为鳍式电晶体（FinFET），代表FinFET开始全面攻占手机处理器、三星与台积电较劲，将10纳米FinFET正式纳入开发蓝图、联电携ARM，完成14纳米FinFET制程测试。到底什么是FinFET？它的作用是什么？为什么让这么多国际大厂趋之若骛呢？

　　什么是FET？

　　FET的全名是“场效电晶体（Field Effect Transistor，FET）”，先从大家较耳熟能详的“MOS”来说明。MOS的全名是“金属－氧化物－半导体场效电晶体（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET）”，构造如图一所示，左边灰色的区域（矽）叫做“源极（Source）”，右边灰色的区域（矽）叫做“汲极（Drain）”，中间有块金属（红色）突出来叫做“闸极（Gate）”，闸极下方有一层厚度很薄的氧化物（黄色），因为中间由上而下依序为金属（Metal）、氧化物（Oxide）、半导体（Semiconductor），因此称为“MOS”。

　　MOSFET的工作原理与用途

　　MOSFET的工作原理很简单，电子由左边的源极流入，经过闸极下方的电子通道，由右边的汲极流出，中间的闸极则可以决定是否让电子由下方通过，有点像是水龙头的开关一样，因此称为“闸”；电子是由源极流入，也就是电子的来源，因此称为“源”；电子是由汲极流出，看看说文解字里的介绍：汲者，引水于井也，也就是由这里取出电子，因此称为“汲”。

　　当闸极不加电压，电子无法导通，代表这个位元是0，如图一（a）所示；

　　当闸极加正电压，电子可以导通，代表这个位元是1，如图一（b）所示。

　　MOSFET是目前半导体产业最常使用的一种场效电晶体（FET），科学家将它制作在矽晶圆上，是数位讯号的最小单位，一个MOSFET代表一个0或一个1，就是电脑里的一个“位元（bit）”。电脑是以0与1两种数位讯号来运算；我们可以想像在矽晶片上有数十亿个MOSFET，就代表数十亿个0与1，再用金属导线将这数十亿个MOSFET的源极、汲极、闸极连结起来，电子讯号在这数十亿个0与1之间流通就可以交互运算，最后得到使用者想要的加、减、乘、除运算结果，这就是电脑的基本工作原理。晶圆厂像台积电、联电，就是在矽晶圆上制作数十亿个MOSFET的工厂。

　　闸极长度：半导体制程进步的关键

　　在MOSFET中，“闸极长度（Gatelength）”大约10纳米，是所有构造中最细小也最难制作的，因此我们常常以闸极长度来代表半导体制程的进步程度，这就是所谓的“制程线宽”。闸极长度会随制程技术的进步而变小，从早期的0.18微米、0.13微米，进步到90奈米、65纳米、45纳米、22纳米，到目前最新制程10纳米。当闸极长度愈小，则整个MOSFET就愈小，而同样含有数十亿个MOSFET的晶片就愈小，封装以后的积体电路就愈小，最后做出来的手机就愈小。10纳米到底有多小呢？细菌大约1微米，病毒大约100纳米，换句话说，人类现在的制程技术可以制作出只有病毒1/10（10纳米）的结构。

　　注：制程线宽其实就是闸极长度，只是图一看起来10纳米的闸极长度反而比较短，因此有人习惯把它叫做“线宽”。