技术定义
通过绝缘栅极电场控制半导体沟道导通的场效应晶体管,是 MOS 集成电路的基本开关器件。
它是什么
MOSFET 在金属或多晶硅栅极与半导体之间放置绝缘氧化层,利用栅极电场控制沟道是否导通。它是一种电压控制器件,可作为数字逻辑中的开关。
为什么出现、解决了什么问题
双极晶体管逻辑的输入电流、功耗和密度限制了更大规模集成。MOSFET 的绝缘栅极降低了输入驱动负担,平面结构又适合通过光刻重复制造。
为什么重要、推动了什么
MOSFET 让逻辑、存储和处理器可以共享同一类高密度器件。硅栅工艺、MOS IC 和 CMOS 随后解决了速度、良率与功耗之间的不同取舍,最终承载了微处理器。
原理与影响
解决的问题
- 以极小栅极电流控制开关,降低大规模逻辑的静态驱动负担。
- 提供适合平面制造和高密度集成的器件结构。
核心原理
- 金属或多晶硅栅极与半导体之间的氧化层形成电容。
- 栅极电场改变表面载流子浓度,形成或关闭导电沟道。
相对前代的改进
- 栅极与沟道绝缘,输入电流小,易于大规模阵列化。
- 器件尺寸可随光刻缩小,适合逻辑和存储器密度提升。
技术意义
- 成为 MOS IC、CMOS、DRAM 和微处理器的核心器件。
- 把降低单位功能功耗与提高芯片密度结合起来。
历史与应用
人物
John Atalla、Dawon Kahng
组织
Bell Telephone Laboratories
事件
1959 年 Atalla 和 Kahng 制作 MOS 结构、1960 年演示可工作的 MOS 场效应晶体管
典型应用
MOS 逻辑门、半导体 RAM 和 ROM、微处理器逻辑
留下的局限
- 氧化层缺陷、污染和界面态会造成稳定性与可靠性问题。
- 器件缩小后短沟道、漏电和散热成为新限制。
上下游关系
上游
证据:The Silicon Engine Timeline1964: First Commercial MOS IC Introduced
下游
证据:1963: Complementary MOS Circuit Configuration is Invented
证据:1964: First Commercial MOS IC Introduced1970: MOS Dynamic RAM Competes with Magnetic Core Memory on Price