ゲート長とは　トランジスタの電流の通り道をまたぐゲートの長さ、12nm前後で頭打ちの予測

ゲート長は、トランジスタのソース（電流の入口）とドレイン（出口）の間で、ゲート電極が覆っている部分の長さです。ゲートに電圧をかけると、この下に電流の通り道ができます。電子が渡る距離がゲート長で決まるため、半導体の微細化では長く中心の寸法として扱われてきました。

短くすると何が変わるか

ゲート長を短くすると、電子が通り抜ける時間が短くなり、トランジスタは速く切り替わります。同じ面積に並べられるトランジスタの数も増えます。一方で、ソースとドレインが近づきすぎると、ゲートが通り道を押さえきれなくなります。電源を切ったつもりでも電流が流れる「短チャネル効果」です。

対策として、ゲートで通り道を囲む形が広がりました。インテルは2011年5月、22nmの世代で、ゲートが細いひれ状のシリコンの3面を覆うトランジスタを発表しました。32nmの平面型と比べ、低い電圧で最大37%速く、同じ性能なら電力は半分未満になるとしています。今の世代では、ゲートが通り道の4面を囲むGAA（ゲート・オール・アラウンド）に移っています。

数字で見る変化

インテルの資料と国際ロードマップに出てくる数字

年	項目	数字	出典
1971年	4004の製造技術（リソグラフィー）	10µm	インテル
1971年	4004のトランジスタ数	2,300個	インテル
2011年	22nmの3次元トランジスタ、低電圧での性能向上	最大37%	インテル
2021年版の予測	チャネル長が頭打ちになる水準	約12nm	IRDS
2021年版の予測	ゲートの間隔（ピッチ）が頭打ちになる水準	38nm	IRDS

IRDSは、半導体の国際的な技術の見通しをまとめるIEEEの活動です。2021年版の「More Moore」の章は、通り道の制御が難しくなるためチャネル長は12nm前後で止まり、ゲートの間隔は接点の場所（約14nm）を残すため38nmで止まると書いています。2031年以降は平面方向の縮小の余地がなく、回路を縦に重ねる段階に入るとしています。

「○nm」とゲート長は一致しない

「3nm」「2nm」といった世代の名前は、今はゲート長を指していません。IRDSも、世代の呼び方はファウンドリとIDMの間で合意がないと書いています。インテルの2021年の資料では、1971年の4004の「10µm」と並べて、第12世代のCoreの製造技術を「Intel 7」と表しています。数字の単位を付けない名前に変えた形です。

関連する用語

• チャネル：ゲートの下にできる電流の通り道。
• ゲートピッチ：隣り合うゲートの中心どうしの間隔。密度を決める寸法です。
• プロセスノード：製造の世代を表す名前。
• リーク電流：トランジスタを切ったときに漏れる電流。