nm晶片你知多少？

三星將製成10nm晶片。

你知道nm代表什麼嗎？

我們天天說45nm製程，但真正明白其含義的朋友恐怕並不多，這裡我們首先來明確下這個概念。

45nm(1μm=1000nm，1nm為10億分之一米)不是指的晶片上每個電晶體的大小，也不是指用於蝕刻晶片形成電路時採用的雷射光源的波長，而是指晶片上電晶體和電晶體之間導線連線的寬度，簡稱線寬。

半導體業界習慣上用線寬這個工藝尺寸來代表矽晶片生產工藝的水平。

早期的連線採用鋁，後來都採用銅連線了。

我們知道，處理器性能的不斷提高離不開優秀的核心微架構設計，而晶片生產工藝的更新換代是保證不斷創新設計的處理器變為現實的基礎。

每一次製作工藝的更新換代都給新一輪處理器高速發展鋪平了大道。

因為線寬越小，電晶體也越小，讓電晶體工作需要的電壓和電流就越低，電晶體開關的速度也就越快，這樣新工藝的電晶體就可以工作在更高的頻率下，隨之而來的就是晶片性能的提升。

大家習慣了晶片生產工藝兩年一次的更新換代，給大家的感覺好像是從65nm到45nm同以前從130nm到90nm，以及從90nm到65nm一樣沒有什麼特別的。

根據摩爾定律，就是每18個月，在同樣面積的矽片上把兩倍的電晶體「塞」進去，從單個電晶體的角度來看，為了延續摩爾定律，我們需要每兩年把電晶體的尺寸縮小到原來的一半。

現在的工藝已經將電晶體的組成部分做到了幾個分子和原子的厚度，組成半導體的材料已經達到了它的物理電氣特性的極限。

最早達到這個極限的部件是組成電晶體的柵極氧化物——柵極介電質，現有的工藝都是採用二氧化矽(SiO2)層作為柵極介電質(圖1)。

大家也把源極(Source)和漏極(Drain)之間的部分叫做溝道(Channel)，在柵極氧化物上面是柵極(Gate)。

電晶體的工作原理其實很簡單，就是用兩個狀態表示二進位的「0」和「1」。

源極和漏極之間是溝道，當沒有對柵極(G)施加電壓的時候，溝道中不會聚集有效的電荷，源極(S)和漏極(D)之間不會有有效電流產生，電晶體處於關閉狀態。

可以把這種關閉的狀態解釋為「0」，當對柵極(G)施加電壓的時候，溝道中會聚集有效的電荷，形成一條從源極(S)到漏極(D)導通的通道，電晶體處於開啟狀態，可以把這種狀態解釋為「1」。

這樣二進位的兩個狀態就由電晶體的開啟和關閉狀態表示出來了。

我們可以把柵極比喻為控制水管的閥門，開啟讓水流過，關閉截止水流。

電晶體的開啟/關閉的速度就是我們說的頻率，如果主頻是1GHz，也就是電晶體可以在1秒鐘開啟和關閉的次數達10億次。

從65nm開始，我們已經無法讓柵極介電質繼續縮減變薄，而且到45nm，電晶體的尺寸要進一步縮小，源極和漏極也靠得更近了，如果不能解決柵極向下的漏電問題以及源極和漏極之間的漏電問題，新一代處理器的問世可能變得遙遙無期。