技术定义
以 MOSFET 为基本器件、在单片上实现逻辑或存储功能的集成电路路线。
它是什么
MOS 集成电路把 MOSFET、互连和必要的无源结构做在一块硅片上,可以实现逻辑门、移位寄存器、ROM 或 RAM。它是集成电路的器件路线之一,不是单一产品。
为什么出现、解决了什么问题
双极型 IC 可以很快,但器件面积和功耗限制了更高密度。MOSFET 的栅极绝缘和简单平面结构更适合把大量相同单元复制到晶圆上,从而降低单位功能成本。
为什么重要、推动了什么
MOS IC 把工艺、逻辑和存储器发展汇合到一条路线。硅栅工艺和 CMOS 解决了速度、密度和功耗问题,DRAM 和微处理器则分别展示了它在主存和 CPU 集成上的价值。
原理与影响
解决的问题
- 在双极型集成电路之外提供更高密度、较低输入功耗的器件路线。
- 把逻辑门、移位寄存器和存储阵列压缩到更少的芯片面积。
核心原理
- MOSFET 通过栅极电场作为开关,器件在平面晶圆上批量形成。
- 工艺参数、时钟和互连共同决定逻辑速度、功耗和存储密度。
相对前代的改进
- 相较离散晶体管和部分双极 IC,单位面积可容纳更多器件。
- 适合实现移位寄存器、ROM、RAM 和计算逻辑。
技术意义
- 成为大规模集成和微处理器的主流技术基础。
- 把存储器与处理器的成本下降和密度提升联系起来。
历史与应用
人物
John Atalla、Dawon Kahng、Robert H. Dennard
组织
General Microelectronics、RCA、Intel
事件
1964 年首个商业 MOS IC、1970 年 Intel 1103 MOS DRAM
典型应用
移位寄存器和计算器芯片、只读存储器和 RAM、微处理器逻辑
留下的局限
- 早期 MOS 的氧化层稳定性和速度仍有明显限制。
- 制造良率、时钟设计和封装寄生效应影响可用性能。
上下游关系
上游
证据:1964: First Commercial MOS IC Introduced1959: Invention of the Planar Manufacturing Process
下游
证据:1963: Complementary MOS Circuit Configuration is Invented
证据:Semiconductor Memory: Fast, Cheap, or Dense?1964: First Commercial MOS IC Introduced