新聞說的「埃米世代」是什麼？埃米有多小

埃米是一個長度單位：1 埃米是 0.1 奈米，也就是一百億分之一公尺；反過來說，1 奈米等於 10 埃米。它的符號是 Å，也常只叫「埃」。新聞說的「埃米世代」，是製程世代的名字從「幾奈米」往下數，小到 2 奈米以下，改用埃米來叫。跟「2 奈米」一樣，那是一代的名字，不是晶片上哪個東西量起來剛好幾埃米。

埃米是什麼？名字怎麼來的？

奈米是十億分之一公尺，埃米再小十倍。

這個單位的名字，來自十九世紀一位研究光的物理學家。他把太陽光分成光譜，量出光譜上一條一條細線的波長，用的就是一百億分之一公尺這個大小。後來大家就用他的名字叫這個單位。中文取他譯名的第一個字，叫「埃」；「埃米」的「米」就是公尺，跟「奈米」的米一樣。

它不是國際單位制（SI，公尺、公斤、秒那一套）的正式單位，可是科學裡已經用了一百多年。

1 埃米有多小？

差不多就是一顆原子的大小。大部分的原子，只有一到幾埃米寬。矽排成晶體的時候，相鄰兩顆矽原子的中心，大約相隔 2.35 埃米；所以 1 奈米（10 埃米）裡，只排得下幾顆矽原子。

跟身邊的東西比一比（都只是大概的量級）：

東西	大約多大
一根頭髮的粗細	幾十萬埃米
細菌	一萬埃米上下
病毒	一千埃米上下
1 奈米	10 埃米
相鄰兩顆矽原子的距離	2 埃米多一點

還是很難想像的話，把 1 埃米放大成尺上最小的一格，也就是 1 公釐：兩顆矽原子隔兩公釐多；一個病毒大約一公尺，像一個小孩那麼高；一個細菌大約十公尺，像一棟三層樓；一根頭髮，會變成幾百公尺到一公里粗，比一座小山還寬。

埃米以前用在哪裡？

新聞說「埃米世代」之前，科學和晶圓廠早就天天在用埃米。

• 原子和晶體：原子多大、兩顆原子隔多遠，用埃米寫剛好是一、兩位數。矽原子排得整整齊齊，一個一直重複的小格子，邊長大約 5.4 埃米。
• 光的波長：以前研究光譜，常用埃米寫波長。眼睛看得到的光，大約是四千到七千埃米。
• 晶圓廠裡的薄膜：晶片是一層一層疊出來的，最薄的幾層只有幾奈米（見「薄膜製程是什麼？」）。量這種厚度，晶圓廠常用埃米，數字比較好寫：寫「35 埃米」，就不用寫「3.5 奈米」的小數點。一層一層慢慢長的原子層沉積，常見的作法一輪大約只長 1 埃米。
• 閘極底下那層絕緣層：電晶體控制開關的那一極叫閘極，底下隔著一層很薄的絕緣層，以前用二氧化矽做。它從早年的幾百埃米，一代一代薄到只剩十幾埃米；這麼薄，電子會直接穿過去，漏電變大，後來就換了材料。

新聞為什麼開始說「埃米世代」？

先回想「新聞說的「2 奈米」，是什麼東西 2 奈米？」那一篇：每一代的名字，大致照「上一代乘 0.7」往下取，從 90、65、45 一路數到 5、3、2 奈米。

照這個習慣再往下，就變成 1 點幾、1、0 點幾奈米，唸起來不順。改用埃米，1 點幾奈米就是十幾埃米，0 點幾奈米就是個位數的埃米，又回到整數。就像 0.5 公尺，大家習慣說 50 公分。

所以業界和新聞開始用埃米，來叫 2 奈米之後的那幾代；「埃米世代」大致就是指這幾代。從哪一代開始算，說法不完全一樣：有人從名字小於 2 奈米的那一代算起，也有研究論文只把 1 奈米以下的叫做埃米的世代。公開的技術路線圖，也已經把往後幾代的名字排到 1 奈米上下，甚至零點幾奈米。

「埃米世代」的電晶體，真的只有幾埃米嗎？

不是。這是最重要的一點：跟「2 奈米」一樣，世代的名字只是「第幾代」，不是從晶片上量出來的尺寸。

以業界一起訂的公開技術路線圖對「1 奈米」那一代的估計：電晶體一個挨一個排列的間距，還是幾十奈米；最密的金屬導線間距，也還有十幾奈米。換成埃米，是幾百埃米和一百多埃米，比名字上的數字大得多。

用剛才那把「1 埃米放大成 1 公釐」的尺來看：這一代電晶體排列的間距有幾十公分，最密的導線間距大約十幾公分；名字上的「1 奈米」，卻只有 1 公分。

晶片裡真的只有幾埃米、幾十埃米的，是最薄的那幾層膜，例如閘極底下的絕緣層、四面被閘極包住的那幾片薄片。不過名字也不是在量它們。

那一代一代，真正在改的是什麼？

名字往下數，背後是一代一代的新做法。這些另外有文章講，這裡只列出來：

• 電晶體的形狀：從平的，到立起來的鰭，再到四面包住的薄片（「FinFET 和 GAA 是什麼？」）。
• 電源線搬到背面：把送電的線從晶圓正面搬到背面，正面留給傳訊號的線（「晶背供電是什麼？」）。
• 更細的光：印最細的圖案，用波長更短的極紫外光（「極紫外光（EUV）是什麼？」）。

整體還是「一代比一代塞得多、更省電」，只是腳步比以前慢，也越來越貴（「摩爾定律是什麼？」）。

製程之外，同時也在走另一條路：拆開再拼起來。不全做在一顆大晶片上，拆成幾塊，再並排、疊起來包在一起（「新聞說的「先進封裝」是什麼？」、「小晶片（chiplet）是什麼？」）。這是封裝的做法，不算在哪一代製程裡。

下次看到新聞，可以這樣讀

• 「進入埃米世代」：世代的名字小到要用埃米來叫了，大致是 2 奈米之後的那幾代。不是電晶體只剩幾埃米。
• 「1 奈米以下」「次奈米」：一樣是世代的名字，不是晶片上哪個東西量起來不到 1 奈米。
• 「埃米級的精度」：說量測或控制做到「埃米級」，講的才是真的長度：差不到一、兩顆原子，跟世代的名字是兩回事。

在 fab24hr 裡

遊戲裡沒有用到埃米這個單位，虛構的晶圓廠也沒有說它是幾奈米。最接近的，是很薄的膜。

在「打工人的一天」當研發線的爐管研發製程工程師，早班要決定螢火（一顆虛構的助聽器晶片）閘極底下那層氧化層長多薄：三爐只差在氧化的時間，你看陪著一起長的監控片，哪一爐落在目標上。薄一點，開關比較快；太薄，就漏電。遊戲裡只說「目標很薄」，沒有寫幾埃米。按「進廠」、選「打工人的一天」，在「今天你是」卡片上點「研發線」，左右滑到研發製程工程師，再點「爐管」。

主線「晶片的一生」第 2 章「一站一站」，你也會在研發線的量測機前量昨天那一爐：光照在膜上，看反射回來的光，算出膜有多厚。

遊戲裡的公司、晶片、人物和數字都是虛構的；埃米和世代名字的部分照公開的一般資料寫，沒有統一數字的地方只寫量級。其他行話可以到「半導體晶圓廠的行話，白話解釋」查。