電晶體(Transistor)是將電氣訊號放大或進行開關切換的半導體元件,是構成現代電子設備・電腦・通訊設備根基的元件。1947年由貝爾實驗室的 Shockley・Bardeen・Brattain 發明,到2024年的現在,1顆 SoC(System on Chip)上已整合多達數百億個電晶體。
半導體 IC 中最廣泛使用的是 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)。藉由對閘極施加電壓來開關源極・汲極間的通道,控制電流的導通/截止。CMOS 邏輯結合 NMOS 與 PMOS,在抑制功耗的同時實現高速運作。
微縮的歷史以摩爾定律為人所知,每推進一個製程(節點),電晶體尺寸就縮小,整合密度隨之提高。平面型(planar)MOSFET 到22nm節點為止都是主流,但因短通道效應造成的效能下降日益明顯,自14nm以後改採立體結構的 FinFET。
進一步在3nm節點以後,採用閘極從四個方向完全包覆通道的 GAA(Gate-All-Around)奈米片結構。台積電於2022年開始量產3nm FinFET,三星則在3nm導入 GAA(MBCFET)。藉由更小的電晶體,CPU、GPU 與 AI 加速器的效能持續提升。
製造上結合了許多先進製程,例如閘極絕緣層(High-k 閘極氧化層:HfO₂ 等)的 ALD 成膜、閘極電極(金屬閘極:TiN、TaN 等)的 PVD/CVD、源極・汲極的磊晶成長、精密蝕刻(RIE・ALE)等。