電晶體閘極是電晶體中控制其開關的部件，做法是控制電子在另外兩個部件——源極與汲極——之間的流動。在被稱為「5奈米」世代的晶片中，每個閘極沿著源極到汲極的路徑量測，長度為18至20奈米。一奈米是一公尺的十億分之一。這個世代名稱並不是閘極的實際量測值。

大小

閘極的長度，是電晶體源極與汲極之間的間隙，閘極就架在這個間隙上方。以往，閘極越短，電晶體切換速度就越快。晶片製造商對世代命名方式並無共識。由工程組織IEEE發布的《元件與系統國際發展路線圖》（IRDS）會預測整個產業的典型尺寸。

IRDS列出了自2020年起量產的「5奈米」世代：速度最快的電路，閘極長18奈米；密度最高的電路，閘極長20奈米。相鄰閘極之間相距48奈米。這些電晶體建構在寬7奈米、高50奈米的矽薄鰭片上。這些尺寸沒有一項小到5奈米。

較新的世代閘極更短。IRDS指出，2022年的「3奈米」世代閘極長16至18奈米，2025年的「2奈米」世代則為14奈米。它預期閘極長度會在大約12奈米時停止縮小。

大小比較

18奈米長的閘極，長度大約等於豬環狀病毒的寬度，而這種病毒是截至2026年已知最小的病毒之一。
相鄰閘極相距48奈米，比一顆B型肝炎病毒的寬度稍微多一點。
一奈米大約只等於五個矽原子排列的寬度，因此18奈米長的閘極大約橫跨90個矽原子。
大約4000至5600個閘極首尾相接排列，就能跨越一根人類頭髮的寬度，頭髮寬度約為8萬至10萬奈米。
如果放大一千萬倍，每個閘極的長度會變成18至20公分，人類頭髮的寬度則會變成800至1000公尺。

晶片名稱為何不再吻合實際尺寸

直到1990年代中期，晶片世代的名稱一直就是其閘極長度。晶片金屬導線的間距——量測方式是相鄰兩條導線間距離的一半——當時也大致是同一個數字。後來，晶片製造商開始讓閘極縮小的速度超過其他所有尺寸，卻仍沿用舊有的命名方式。

「130奈米」世代的電晶體，閘極長70奈米。2011年，英特爾在其「22奈米」世代改用鰭狀電晶體時，閘極長度為26奈米。

帕歐羅・加吉尼（Paolo Gargini）在2020年告訴IEEE Spectrum，當時世代編號「已經完全沒有意義」。加吉尼曾主導IRDS前身的預測報告——國際半導體技術路線圖（ITRS）。如今IRDS會為世代名稱加上引號，並提議改以閘極間距與導線間距來命名：例如「5奈米」世代將被稱為G48M36。

實驗室中的閘極

研究用電晶體已經擁有遠比這更短的閘極。2016年，一個研究團隊以二硫化鉬製作出電晶體，並用單一根奈米碳管作為閘極，閘極長度僅1奈米。2017年，另一個團隊製作出閘極長5奈米的奈米碳管電晶體，表現優於同尺寸的矽電晶體。研究人員預測，矽電晶體一旦縮小到閘極長度低於5奈米，就會無法正常運作。

參考資料

International Roadmap for Devices and Systems 2020 Edition: More Moore. IEEE, 2020.
International Roadmap for Devices and Systems 2022 Edition: More Moore. IEEE, 2022.
A Better Way to Measure Progress in Semiconductors. Samuel K. Moore, IEEE Spectrum, 2020.
MoS2 Transistors with 1-Nanometer Gate Lengths. Desai et al., Science, 2016.
Scaling Carbon Nanotube Complementary Transistors to 5-nm Gate Lengths. Qiu et al., Science, 2017.
Conformational Changes and Nuclear Entry of Porcine Circovirus without Disassembly. Wang et al., Journal of Virology, 2019.
Hepatitis B Virus Biology. Seeger and Mason, Microbiology and Molecular Biology Reviews, 2000.
Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.

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