Die Entwicklung des MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) ist ein Prozess voller Innovationen und Durchbrüche, und seine Entwicklung kann in den folgenden Schlüsselphasen zusammengefasst werden:
I. Frühe Konzepte und Erkundungen
Konzeptvorschlag:Die Erfindung des MOSFET lässt sich bis in die 1830er Jahre zurückverfolgen, als das Konzept des Feldeffekttransistors vom Deutschen Lilienfeld eingeführt wurde. Allerdings gelang es den Versuchen in dieser Zeit nicht, einen praktischen MOSFET zu realisieren.
Eine Vorstudie:Anschließend versuchten auch die Bell Labs von Shaw Teki (Shockley) und anderen, die Erfindung von Feldeffektröhren zu untersuchen, doch dies gelang nicht. Ihre Forschung legte jedoch den Grundstein für die spätere Entwicklung von MOSFET.
II. Die Geburt und anfängliche Entwicklung von MOSFETs
Wichtiger Durchbruch:1960 erfanden Kahng und Atalla zufällig den MOS-Feldeffekttransistor (kurz MOS-Transistor), als sie die Leistung von Bipolartransistoren mit Siliziumdioxid (SiO2) verbesserten. Diese Erfindung markierte den formellen Einzug von MOSFETs in die Industrie zur Herstellung integrierter Schaltkreise.
Leistungssteigerung:Mit der Entwicklung der Halbleiterprozesstechnologie verbessert sich die Leistung von MOSFETs immer weiter. Beispielsweise kann die Betriebsspannung von Hochspannungs-Leistungs-MOS 1000 V erreichen, der Widerstandswert von MOS mit niedrigem Einschaltwiderstand beträgt nur 1 Ohm und die Betriebsfrequenz reicht von Gleichstrom bis zu mehreren Megahertz.
III. Breite Anwendung von MOSFETs und technologische Innovation
Weit verbreitet:MOSFETs werden aufgrund ihrer hervorragenden Leistung häufig in verschiedenen elektronischen Geräten wie Mikroprozessoren, Speichern, Logikschaltungen usw. verwendet. In modernen elektronischen Geräten gehören MOSFETs zu den unverzichtbaren Komponenten.
Technologische Innovation:Um den Anforderungen höherer Betriebsfrequenzen und höherer Leistungspegel gerecht zu werden, entwickelte IR den ersten Leistungs-MOSFET. In der Folge wurden viele neue Arten von Leistungsgeräten wie IGBTs, GTOs, IPMs usw. eingeführt und in verwandten Bereichen immer häufiger eingesetzt.
Materialinnovation:Mit der Weiterentwicklung der Technologie werden neue Materialien für die Herstellung von MOSFETs erforscht; Siliziumkarbid (SiC)-Materialien erhalten beispielsweise aufgrund ihrer überlegenen physikalischen Eigenschaften zunehmend Aufmerksamkeit und Forschung. SiC-Materialien weisen im Vergleich zu herkömmlichen Si-Materialien eine höhere Wärmeleitfähigkeit und verbotene Bandbreite auf, was ihre hervorragenden Eigenschaften wie hohe Stromdichte und hohe Stromdichte bestimmt Durchschlagsfeldstärke und hohe Betriebstemperatur.
Viertens die Spitzentechnologie und Entwicklungsrichtung von MOSFET
Dual-Gate-Transistoren:Zur weiteren Verbesserung der Leistung von MOSFETs werden verschiedene Techniken zur Herstellung von Dual-Gate-Transistoren erprobt. Dual-Gate-MOS-Transistoren weisen im Vergleich zu Single-Gate-Transistoren eine bessere Schrumpffähigkeit auf, ihre Schrumpffähigkeit ist jedoch immer noch begrenzt.
Kurzer Grabeneffekt:Eine wichtige Entwicklungsrichtung für MOSFETs ist die Lösung des Problems des Kurzkanaleffekts. Der Kurzkanaleffekt schränkt die weitere Verbesserung der Geräteleistung ein. Daher ist es notwendig, dieses Problem zu überwinden, indem die Übergangstiefe der Source- und Drain-Bereiche verringert und die Source- und Drain-PN-Übergänge durch Metall-Halbleiter-Kontakte ersetzt werden.
Zusammenfassend ist die Entwicklung von MOSFETs ein Prozess vom Konzept bis zur praktischen Anwendung, von der Leistungssteigerung bis zur technologischen Innovation und von der Materialforschung bis zur Entwicklung modernster Technologie. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technologie werden MOSFETs auch in Zukunft eine wichtige Rolle in der Elektronikindustrie spielen.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 28.09.2024
