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金屬氧化物(MOS)電晶體的發明

智慧手機和數碼相機總是說採用什麼樣的CMOS感測器,好像很重要。本文就是要介紹CMOS中的MOS從何而來。

1959年,貝爾實驗室的M. M. (John) Atalla(約翰·阿塔拉)和Dawon Kahng(江大原)開發出了第一款成功的絕緣柵場效電晶體(IGFET),它能克服表面態效應使電場能夠深入半導體材料,這是肖克利等人長久以來夢寐以求的。在研究熱生長矽氧化層的過程中,他們發現在金屬層(M–柵),氧化層(O–絕緣)和矽層(S–半導體)的結構中,這些“表面態”會在矽和其氧化物的交接處大大降低。這樣, 加在柵上的電場能透過氧化層影響矽層,這就是MOS名稱的由來。由於原始的MOS器件速度偏慢,且未能解決電話裝置中所面臨的問題,這項研究被停了下來。但江大原在其1961年的一則備忘中提到了其易於製造和在積體電路中應用的可能性。

金屬氧化物(MOS)電晶體的發明


江大原MOS專利中的插圖

而仙童和美國無線電公司(RCA)的研究人員也意識到了這些優點。1960年卡爾·蔡寧傑(Karl Zaininger)和查爾斯·默勒在RCA製造出了MOS電晶體,薩支唐(C. T. Sah) 也在仙童造出了帶控制極的MOS四極管。接著,1962年弗雷德·海曼(Fred Heiman)和史蒂文·霍夫施坦(Steven Hofstein)在RCA做出了整合16個電晶體的實驗器件。

金屬氧化物(MOS)電晶體的發明


RCA的16電晶體積體電路

金屬氧化物(MOS)電晶體的發明


MOS積體電路的共同發明人之一史蒂文·霍夫施坦,1962

MOS電晶體的導通區域要麼是P型(使電晶體成為P溝道器件),要麼是N型(使電晶體成為N溝道器件)材料。N型更快,但更難生成。MOS器件在1964年進入商業市場。通用微電子(General Microelectronics)和仙童分別推出了P溝道器件GME 1004和FI 100,用於邏輯和開關應用。RCA則推出了用於訊號放大的N型電晶體3N98。

金屬氧化物(MOS)電晶體的發明


仙童FI 100,P型MOS開關電晶體

由於MOS器件比雙極性器件佔用體積小、能耗低,當今99%以上的微晶片使用MOS電晶體。而達到這麼通用的地步,花了幾十年的時間。

分類: 軍事
時間: 2022-01-09

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