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MOSFET

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

下游

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