什么是晶體管？

晶體管（transistor）是一種固體半導(dǎo)體器件（包括二極管、三極管、場效應(yīng)管、晶閘管等，有時(shí)特指雙極型器件），具有檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制等多種功能。晶體管作為一種可變電流開關(guān)，能夠基于輸入電壓控制輸出電流。與普通機(jī)械開關(guān)（如Relay、switch）不同，晶體管利用電信號(hào)來控制自身的開合，所以開關(guān)速度可以非常快，實(shí)驗(yàn)室中的切換速度可達(dá)100GHz以上。

2016年，勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的一個(gè)團(tuán)隊(duì)打破了物理極限，將現(xiàn)有的最精尖的晶體管制程從14nm縮減到了1nm，完成了計(jì)算技術(shù)界的一大突破。

這些設(shè)備由通常用于放大或開關(guān)目的的半導(dǎo)體材料制成，也可以用于控制電壓和電流的流動(dòng)。它還用于將輸入信號(hào)放大為擴(kuò)展區(qū)輸出信號(hào)。晶體管通常是由半導(dǎo)體材料制成的固態(tài)電子設(shè)備。電流的循環(huán)可以通過添加電子來改變。該過程使電壓變化成比例地影響輸出電流中的許多變化，從而使放大倍增。除了大多數(shù)電子設(shè)備外，并非所有的電子設(shè)備都包含一種或多種類型的晶體管。某些晶體管單獨(dú)放置或通常放置在集成電路中，這些晶體管會(huì)根據(jù)狀態(tài)應(yīng)用而有所不同。

“晶體管是三腳昆蟲型組件，在某些設(shè)備中單獨(dú)放置但是在計(jì)算機(jī)中，它被封裝成數(shù)以百萬計(jì)的小芯片。”

晶體管由什么組成？

晶體管由三層半導(dǎo)體組成，它們具有保持電流的能力。諸如硅和鍺之類的導(dǎo)電材料具有在導(dǎo)體和被塑料線包圍的絕緣體之間傳輸電流的能力。半導(dǎo)體材料通過某種化學(xué)程序（稱為半導(dǎo)體摻雜）進(jìn)行處理。如果硅中摻有砷，磷和銻，它將獲得一些額外的電荷載流子，即電子，稱為N型或負(fù)半導(dǎo)體；而如果硅中摻有其他雜質(zhì)（如硼），鎵，鋁，它將獲得較少的電荷載流子，即空穴，被稱為P型或正半導(dǎo)體。

根據(jù)公開資料，臺(tái)積電的7nm工藝大約能在一平方毫米的面積上做出1億個(gè)晶體管。

一毫米等于100萬納米，于是一平方毫米等于一萬億平方納米。

也就是說，一個(gè)晶體管所占面積大約為一萬平方納米，大約就是100納米乘以100納米的方格子。

所謂的7納米工藝，僅僅是柵極(GATE)的厚度。

大概情況參考下圖，橙色的長方體就是柵極(GATE)，它長100納米（圖上沒有標(biāo)注），高46納米，厚7納米，這個(gè)7納米就是工藝的來源。

綠色長方體（長100納米，厚18納米），一端是漏極，一端是源極，圖上并沒有標(biāo)注出來。

其實(shí)不用想那么復(fù)雜，你把綠色長方體看成是一個(gè)水管管道就行，不用管什么是漏級(jí)或者源極，那么柵極(GATE)是不是就像一個(gè)水管的閘門或者開關(guān)？ 只不過柵極(GATE)這個(gè)開關(guān)不是控制水流的，而是控制電流的。打開就代表1，關(guān)閉就代表0，無數(shù)個(gè)這樣的開關(guān)，就能實(shí)現(xiàn)非常復(fù)雜的功能。

如圖所示，這一個(gè)晶體管大約占據(jù)了100納米乘以100納米的小格子，也就是1萬平方納米的面積。