晶圆厂前世今生(3)

为了达到开关的效果，我们使用第三个电极「闸极」(Gate) 取代机械按钮开关；闸极间以氧化层和半导体隔绝。若我们在闸极上方施以正电电压，让 N 型多出来的电子能够重新流通、并从源极流到汲极，此时电流开关为「开」。
上述即为半导体元件电晶体如何藉由加入杂质(磷、硼)来控制导电性、进而控制电流开关的原理。
但是这数亿个电晶体在哪裡呢？你可能正在心想：「我手机有大到能放进数亿个电晶体？」
答案是：电晶体是纳米等级，比人体细胞还要小。三星以及台积电在先进半导体製程的 14 纳米与 16 纳米之争，14 纳米指的就是电晶体电流通道的宽度。宽度越窄、耗电量越低；然而原子的大小约为 0.1 纳米，14 纳米的通道仅能供一百多颗原子通过。故製作过程中只要有一颗原子缺陷、或者出现一丝杂质，就会影响产品的良率。
对于半导体大厂而言，製程是技术，但良率才是其中的关键Know-how。一般能将良率维持在八成左右已经是非常困难的事情了，台积电与联电的製程良率可以达到九成五以上，可见台湾晶圆代工的技术水平。
事实上，这数亿个电晶体，全部都塞在一个长宽约半公分、指甲大小的晶片上。这片晶片包含电晶体等电子元件，就叫做「集成电路」(Integrated Circuit, IC)，俗称IC。

所谓的大规模集成电路 (LSI, Large Scale Integration) 代表的不是这个电路板很大，而是上面约一万个电晶体；超大规模集成电路 (VLSI, Very Large Scale Integration) 则约有十万个电晶体。
集成电路是怎么制作出来的呢？
在集成电路出现之前，工业界必须各自生产电晶体、二极体、电阻、电容等电子元件，再把所有元件连接起来做成电路，不但複杂又耗时费工。故若能直接依照设计图做出一整个电路板，将能更加精确、速度更快且成本更低。
德州仪器公司的基尔比 (Jack St. Clair Kilby) 是第一个想到要把元件放到晶片上集体化的发明人，在1958年他试验成功，开闢了一个崭新的电脑技术时代，甚至很多学者认为由集成电路所带来的数位革命是人类历史中最重要的事件。基尔比也因此于2000年获得诺贝尔物理奖。