什么是晶体管呢？ 世界需要更好的晶体管吗？

晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件，包括各种半导体材料制成的二极管、三极管、场效应管、晶闸管等。晶体管具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能，晶体管可用于各种各样的数字和模拟功能。1947年12月16日,威廉·邵克雷(William Shockley)、约翰·巴顿(John Bardeen)和沃特·布拉顿(Walter Brattain)成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管。晶体管是现代电器的最关键的元件之一。晶体管之所以能够大规模使用是因为它能以极低的单位成本被大规模生产。

晶体管是一种半导体器件，放大器或电控开关常用。晶体管是规范操作电脑，手机，和所有其他现代电子电路的基本构建块。由于其响应速度快，准确性高，晶体管可用于各种各样的数字和模拟功能，包括放大，开关，稳压，信号调制和振荡器。晶体管可独立包装或在一个非常小的区域，可容纳一亿或更多的晶体管集成电路的一部分。

晶体管的发明，最早可以追溯到1929年，当时工程师利莲费尔德就已经取得一种晶体管的专利。但是，限于当时的技术水平，制造晶体管的材料达不到足够的纯度，而使其无法制造出来。

1947年12月，美国贝尔实验室的肖克利、巴丁和布拉顿组成的研究小组，研制出一种点接触型的锗晶体管。1956年，肖克利、巴丁、布拉顿三人，因发明晶体管同时荣获诺贝尔物理学奖。肖克利也被誉为晶体管之父。

芯片有如此强大的功能，为什么晶体管可以胜任呢?

我们知道，对于数字电路来讲，逻辑是其精髓所在，所有的功能归根结底，都可以说是逻辑功能。而逻辑的基本构成元素是逻辑0和逻辑1。

而晶体管恰好具备这种功能--通过电信号来控制自身开合，以开关的断开和闭合来代表0和1。

晶体管数量/密度一直是衡量半导体技术进步的重要指标，目前已经可以做到单芯片1000多亿个晶体管，比如Intel Ponte Vecchio GPU。

IEDM 2022 IEEE国际电子器件会议上，Intel公布了多项新的技术突破，将继续贯彻已经诞生75年的摩尔定律，目标是在2030年做到单芯片集成1万亿个晶体管，是目前的10倍。从应变硅、高K金属栅极、FinFET立体晶体管，到未来的RibbonFET GAA环绕栅极晶体管、PowerVia后置供电，再到2.5D EMIB+3D Foveros、Foveros Direct/Omni封装技术，Intel一直在从各项技术上推动摩尔定律。

IEDM 2022会议上，Intel披露了三个方面的技术突破：

1、下一代3D封装准单芯片

基于混合键合(hybrid bonding)，将集成密度和性能再提升10倍。同时，间距缩小到3微米，使得多芯片互连密度和带宽媲美如今的单芯片SoC。

2、超薄2D材料在单芯片内集成更多晶体管

使用厚度仅仅3个原子的2D通道材料，Intel展示了GAA堆栈纳米片，在双栅极结构上，在室温环境、低漏电率下，达成了非常理想的晶体管开关速度。第一次深入揭示了2D材料的电接触拓扑，可实现更高性能、更有弹性的晶体管通道。

3、高性能计算能效、内存新突破

Intel研发了可垂直堆叠在晶体管之上的全新内存，并首次展示了全新的堆叠铁电电容，性能媲美传统铁电沟道电容，可用于在逻辑芯片上打造FeRAM。

Intel正在打造300毫米直径的硅上氮化镓晶圆，比标准的氮化镓提升20倍。Intel在超高能效方面也取得了新的突破，尤其是晶体管在断电后也能保存数据，三道障碍已经突破两道，很快就能达成在室温下可靠运行。

世界需要更好的晶体管吗?如果需要的话，他们会是什么样子?

是的，我们将需要新的晶体管，而且今天已经有了一些关于它们会是什么样子的暗示。现在是否有意愿和经济能力制造它们是个问题。

晶体管现在是并将继续是应对全球变暖影响的关键。气候变化可能会给社会、经济和个人带来巨变，因此需要能够赋予人类能力更强的工具。

GlobalFoundries 工厂的 300 毫米晶圆充满了先进的晶体管

半导体可以像其他技术一样提高人类的能力。几乎根据定义，所有技术都可以提高人类的能力。但对他们中的大多数人来说，自然资源和能源的限制使得数量级的改善值得怀疑。基于晶体管的技术是一个独特的例外，原因如下。

随着晶体管的改进，它们使新的能力成为可能，例如计算和高速通信、互联网、智能手机、内存和存储、机器人技术、人工智能，以及其他还没有人想到的东西。

这些能力具有广泛的应用，它们改变了所有技术、行业和科学。半导体技术的增长不像其他技术那样受到其材料和能源使用的限制。IC 使用相对少量的材料。因此，它们变得越来越小，它们使用的材料越少，它们变得越快、越节能、越有能力。

从理论上讲，信息处理所需的能量仍然可以减少到今天所需能量的千分之一以下。虽然我们还不知道如何达到这种理论效率，但我们知道将能源效率提高一千倍并不违反物理定律。相比之下，大多数其他技术(例如电机和照明)的能源效率已经达到其理论极限的 30% 到 80%。