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FinFET、GAA、CFET:三種幾何形狀解決同一件事

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想像你是一位城市交通指揮官,面對數百萬輛急速行駛的車輛,卻只能依靠一盞紅綠燈維持秩序。起初,這盞燈還能勉強運作,但很快你發現,不少車輛會鑽邊縫、闖紅燈,導致交通混亂、事故頻傳,還浪費大量能源。這就像早期的平面式 MOSFET,當電晶體尺寸不斷縮小,閘極(紅綠燈)對電子(車流)的控制力變得薄弱,漏電與效能崩潰接踵而來。

於是你升級交管系統,將紅綠燈擴充成三面包夾的智慧監控:不只正面有燈,側邊也裝上感測器與阻擋牆。這便是 FinFET 的概念:三面閘極包覆通道,電子無所遁形,控制大幅提升。但城市交通持續膨脹,三面監控也漸漸不敷使用。於是你決定進一步打造 360° 無死角的包圍式交管網,像給電子穿上緊身衣,怎麼動都在掌控中。這正是 GAA(Gate-All-Around)的精神:將閘極全面包覆導電通道,進一步壓制漏電與效能波動。

然而,真正的管理極限,不只是更「嚴格」,而是重新想像空間結構:地面不夠用,就往上蓋。這就是 CFET 的構想,將原本並排的 n 型與 p 型電晶體,改為上下堆疊,如同雙層高速公路般,以垂直方式整合邏輯單元,在相同面積下擠入更多功能。


技術節點是什麼?為什麼越小越好?

你或許常聽到5 奈米、3 奈米這樣的數字。這些數字到底代表什麼?又為什麼愈小愈厲害?技術節點(technology node)原本是指電晶體的關鍵尺寸,例如閘極長度(gate length)或圖樣間距(half-pitch),是製造時能在晶片上描繪的最小圖形。但隨著進展,這些名稱逐漸與實際尺寸脫鉤,變成一種綜合性能指標:

  • 如果某製程能提供像是假設通道長度為 5 奈米時應有的速度與功耗,那就叫它 5 奈米。也就是立體結構的效能對標回MOSFET
  • 真實物理尺寸可能遠大於這個數字,例如 10 奈米製程實際的閘極長度可能是 19 奈米,fin 寬度是 7.2 奈米

這種名稱與實際尺寸脫鉤的現象,是從 FinFET 結構開始廣泛使用的時期正式確立的。也就是說,從 14 奈米世代開始,技術節點的名稱不再等於電晶體的真實尺寸。更小的節點通常意味著同時帶來以下三種好處

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