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美國眾議院院長裴洛西日前訪台，除了用行動肯定台灣，同時也帶來美國晶片法，希望台積電能全力支持這個法案。

為什麼美國要在意台積電的態度？小小晶片對你我生活又有哪些影響？

認識晶片前，我們先從半導體說起。下圖是元素週期表，其中紅線圈起來的這一族，稱為6A族：包含碳、矽、鍺、錫、鉛、鈇等元素。第一個元素碳，是有機化合物的核心元素；第二個元素矽，是目前半導體工業的主角。這兩種元素引領風騷已將近一世紀了！

6A族左邊的元素大部分是金屬，右邊則是非金屬，而這族介於金屬與非金屬之間，具有半導體的性質。尤其是矽元素，在正常的情況下不能導電，但我們在有條件的情況下，利用其他金屬氧化物的摻入，讓矽可以導電。操控這個條件，掌握電流是否可以通過，電流通過的訊號當作1，不能通過當作0，如此便可以作為記錄、判斷、邏輯……。各種類比及數位的操作元件，具有這種功能的元件，稱為電晶體。而一塊晶片是由數千萬，甚至上億顆電晶體組合而成。

目前，只要利用電能來操作機器，都會需要利用晶片組成的電路板來完成工作，所以晶片的用途非常廣泛，有電路板的地方，幾乎都會使用到晶片。

美國總統拜登從桌上捻起一小片電腦半導體晶片說，「這個肉眼都不見得看得清楚的小晶片，拖延了汽車生產，減少美國勞工的工作時間；這就是21世紀的馬蹄鐵釘。」拜登所指的是英國國王理查三世1485年率兵出征，卻因其戰馬的馬蹄鐵少了一根釘子，最後輸掉戰爭與整個王國的故事。

●放大訊號及當開關 電晶體的兩大功能

電晶體是構成晶片的主要元件，我們先來看看電晶體運作原理。一個電晶體有三個電極：基極、射極及集極。電晶體的主要功能是放大類比訊號及作為邏輯開關兩大功能。

●指甲大小電晶片 包含千萬顆電晶體

下圖中看到的電晶體可以連接到電路板上電子元件，刻意拉出三隻腳來方便手工銲接。其實電晶體可以做得非常非常小，例如：場效電晶體（Field Effect Transistor，FET），就像一顆指甲大小的晶片，裡頭可能包含了好幾千萬顆的各式不同的場效電晶體。

一個微小的晶片可以容納上億顆電晶體，要如何把那麼多的電晶體塞進一個小小的晶片裡呢？就要做出非常小非常小的電晶體，有多小呢？台積電目前可以做到2奈米的電晶體。這是什麼意思？

奈米是10-9公尺，指十億分之一公尺（奈和nine諧音），這種尺寸很難讓人理解，這樣來說可能清楚一點，人類毛髮直徑不一，範圍介乎0.017至0.18毫米之間，約10-4～10-5公尺。一隻普通的細菌大約是1微米（10-6公尺），1,000奈米，病毒約細菌的1/10，約100奈米，人類現在的製程技術可以製作出病毒1/10（10奈米）的結構，厲害吧！

而一個原子的大小約0.1奈米，台積電2奈米的先進製程快要逼近原子狀態的極限了！換句話說，台積電做出來的電晶體，閘極長度約只有20個原子的長度，很難想像再小下去會是什麼樣的光景？

同時也說明了為什麼晶片的製程，需要用到無塵室，因為空氣中的一顆塵埃都比晶片裡的電晶體要大，而且灰塵大都帶有靜電，萬一卡在電晶體之間，可能會造成漏電或短路的情況，降低晶片的良率。

另外，製程中也很怕震動，台灣地處環太平洋地震帶，所以避震技術也是至關重要的良率條件。

●成熟製程晶片 需求大 先進製程雖好 難實現

什麼樣的製程才能把上億個電晶體塞到小小的晶片裏呢？我們可以從下列的簡圖看出來。

全球缺晶片潮其實缺的是成熟製程晶片。以汽車業為例，汽車車身的電子穩定系統和電子控制單元等都要用到晶片，主要由8吋晶圓生產，晶片製程普遍在45~130奈米。

28奈米以上的晶片製程都叫成熟製程，整個業界技術非常成熟，業者對晶片的成本控制也不會相差太多。成熟製程晶片需求極大、極缺乏，只要晶圓代工廠有產能就不愁銷不出去，完全不會遇到耗時研發、資金成本高、晶片品質良率不高、市場需求不大等先進製程的種種問題。

先進製程雖好，但實現難度既艱難，適用範圍也有局限。雖然晶片是大家都關心的話題，討論的往往都是誰達到幾奈米，誰停在幾奈米，但對複雜龐大的晶片產業來說，製程並不是衡量晶片價值的唯一標準。