MOS管的發(fā)明史
發(fā)布時(shí)間:2020-10-11    瀏覽:2696 次  

1、關(guān)于MOSFET的出現(xiàn)

MOSFET的全稱是金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管,簡(jiǎn)稱MOS管。MOS管的發(fā)明最早可以追溯到19世紀(jì)30年代,是由德國(guó)人提出了Lilienfeld場(chǎng)效應(yīng)晶體管的概念,之后貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖特基發(fā)明者Shcokley等人也嘗試過(guò)研究發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)管,但是都失敗了。1949年Shcokley提出了注入少子的雙極性晶體管的概念。到了1960年,有人提出用二氧化硅改善雙極性晶體管的性能,就此MOS管來(lái)到了人世間。

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然而在這里,我們也不得不提及另外一個(gè)大的人物,馬丁阿塔拉(Martin M. "John" Atalla)他也被認(rèn)為是MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的發(fā)明人之一, 阿塔拉博士是埃及人,之后赴美留學(xué)。1949年阿塔拉進(jìn)入貝爾實(shí)驗(yàn)室研究半導(dǎo)體材料的表面特性。通過(guò)在硅片晶圓上培養(yǎng)出二氧化硅表層,他終于找到了幫助電流擺脫電子陷阱和散射的方法。后人稱之為表面鈍化的這項(xiàng)技術(shù),因其低成本和易生產(chǎn),而成為硅集成電路發(fā)展史上的里程碑。其后,阿塔拉博士建議在場(chǎng)效應(yīng)晶體管(表面運(yùn)用金屬氧化物。并一起在1960年的某次學(xué)術(shù)會(huì)議上宣布了他們的成果。 之后離開(kāi)貝爾實(shí)驗(yàn)室后,阿塔拉博士又曾先后為惠普和仙童半導(dǎo)體工作。

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2 、Super junction MOS 超結(jié)

為了滿足更高工作頻率及更高功率等級(jí)的要求,IR公司研發(fā)出首款功率MOSFET,接下來(lái)的二十年,功率半導(dǎo)體器件進(jìn)入一個(gè)蓬勃發(fā)展的時(shí)期,很多新型的功率器件,比如IGBT、GTO、IPM相繼問(wèn)世,并且在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。早期的MOS管,抗靜電能力弱,導(dǎo)通阻抗大,輸入阻抗小,抗噪聲能力差,耐壓低,通過(guò)MOS工藝的改善,到了80年,MOS性能已經(jīng)達(dá)到了大大改善,電壓可以耐1000V,導(dǎo)通阻抗小于1Ω,但是人們追求進(jìn)步的腳步一刻也沒(méi)停止過(guò),又提出了superjunction MOS,這種mos具有更低導(dǎo)通阻抗,更快的開(kāi)關(guān)速度。常規(guī)的MOS有個(gè)問(wèn)題是耐壓和導(dǎo)通阻抗成正比,要想獲得更高的耐壓值,必會(huì)導(dǎo)致Rds上升,導(dǎo)致MOS損耗加大,superjunction MOS采用多次注入開(kāi)槽工藝,很好地解決了這一問(wèn)題。

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3 SiC MOS 碳化硅MOS管

隨著日益增長(zhǎng)的行業(yè)需求,硅器件由于其本身物理特性的限制,已經(jīng)開(kāi)始不適用于一些高壓、高溫、高效率及高功率密度的應(yīng)用場(chǎng)合。碳化硅(SiC)材料因其優(yōu)越的物理特性,開(kāi)始受到人們的關(guān)注和研究。二十世紀(jì)九十年代以來(lái),碳化硅技術(shù)得到了迅速發(fā)展。 SiC材料與目前應(yīng)該廣泛的Si材料相比,較高的熱導(dǎo)率決定了其高電流密度的特性,較高的禁帶寬度又決定了SiC器件的高擊穿場(chǎng)強(qiáng)和高工作溫度等優(yōu)秀的性能。

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4 GaN MOS 氮化鎵 MOS管

人們發(fā)現(xiàn)Si材料本身的局限, Si材料的MOS的性能也不能做到極致,工程師們就會(huì)另辟蹊徑,發(fā)現(xiàn)一種新的材料GaN,是氮和鎵的化合物,具有耐高溫,耐酸耐堿,寬禁帶等優(yōu)良特性,在上世紀(jì)90年代,應(yīng)用在發(fā)光二極管上,本世紀(jì)初,應(yīng)用在MOS管,如今已經(jīng)大量使用中。

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MOS管功率器件的進(jìn)步,等于減少能源損耗,為人類地球長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展有著極為重要的意義。



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