MOS晶体管的发展概况及其特点引言：在过去的近十年，大规模集成电路技术突飞猛进，很大程度上与MOS晶体管的使用和发展有关系。MOS晶体管自从进入集成电路制造行业，通过不断的发展，至今已成为工业中最重要的电子器件之一。但是，电子信息产业的发展对集成元器件提出了更高的要求，如何在已有的MOS晶体管技术上实现下一代MOS晶体管技术也是需要我们去思考的问题。本文旨在对MOS晶体管的发展概况及其特点做一个概要的介绍，并在此基础上，根据作者已有的知识谈谈晶体管的发展趋势。MOS晶体管的概念MOS晶体管的全称是金属-氧化物-半导体场效应管（MetalOxideSemiconductor）。在竖直方向上，MOS晶体管是由栅电极、栅绝缘层和半导体衬底构成的一个层次结构，在水平方向上，MOS晶体管由源区、沟道区和漏区3个区构成，沟道区和硅衬底相通，也叫做MOS晶体管的体区。一个MOS晶体管有4个引出端：栅极、源极、漏极和体端。因为栅极通过二氧化硅绝缘层和其他区域隔离，MOS晶体管又叫做绝缘场效应晶体管。MOS晶体管的发展1.MOS晶体管的发展历史MOS晶体管的发明可追溯到20世纪30年代初。1930年，德国科学家Lilienfeld（利林费尔德）提出了场效应晶体管的概念。之后，贝尔实验室的Shockley（肖克利）、Bardeen（巴丁）和Brattain（布拉顿）开始尝试发明场效应晶体管。尽管这一尝试以失败告终，却最终导致Bardeen和Brattain在1947年意外地发明了点接触双极晶体管。1949年Shockley用少子注入理论阐明了双极晶体管的工作原理，并提出了可实用化的结型晶体管概念。1960年，Kahng和Attala在用二氧化硅（SiO2）改善双极晶体管性能的过程中意外地发明了MOS场效应晶体管(简称MOS晶体管)，从此，MOS晶体管进入集成电路的制造行业，并逐渐成为了电子工业中最重要的电子器件。2.MOS晶体管的发展现状自20世纪60年代开发出MOS管以来，由于半导体工艺技术的发展，它的性能不断提高：如高压功率MOS的工作电压可以达到1000V；低导通电阻MOS的阻值仅1欧姆；工作频率范围从直流到达数兆赫；开发出了各种贴片式的MOS。此外，价格也不断降低，使其应用越来越广泛，在许多领域代替了双极型晶体管。现今半导体元件的材料通常以硅为首选，但是也有些半导体公司发展出使用其他半导体材料的制程，当中最著名的例如IBM使用硅与锗的混合物所发展的硅锗制程。而可惜的是很多拥有良好电性的半导体材料，如砷化镓，因为无法在表面长出品质够好的氧化层，所以无法用来制造MOSFET元件。近年来，国外不断从工艺、设计等方面进行改进，并采用微细加工技术，使MOS的性能得到很大的提高。这些性能，包括导通电阻的降低，高频的实现，高耐压的实现，雪崩容量的改善，提高抗静电能力等。就MOSFET的应用而言，其应用领域广泛。其主要用于电脑周边，比如软硬件驱动、打印机、绘图机等，还包括电源、汽车电子、仪器仪表等等。3.MOS晶体管的前沿技术和发展方向目前，人们正在尝试用各种技术来制作双栅晶体管。比如，通过隧道选择外延生长形成有源区，或者采用硅片键合技术，形成栅电极和沟道区后再进行外延生长源漏区等。双栅MOS晶体管与单栅相比，虽然具有更好的可缩小性，但是双栅结构仍不是最终的解决方案，它的可缩小能力是有限的。对于MOSFET而言，其内在矛盾很多，而其中的一个重要矛盾就是其工作频率的提高与增益的提高是不相容的，这集中就表现在它的“工作频带宽度与电压增益的乘积等于一个常数”这个关系上（该常数就是特征频率fT）。由于MOSFET的上述内在矛盾限制着器件性能的进一步提高，所以在设计MOSFET时，就必须兼顾频率和增益这两个方面的要求，来适当地选取沟道长度和饱和电压。以不出现沟道长度调制效应为准（保证具有较高的电压增益）。因而，常规的MOSFET就难以做到既具有高的频率、又同时具有高的增益。可以说，今后MOSFET的一个重要发展方向，就是需要解决短沟道MOSFET怎么样才会不出现短沟道效应的问题。在克服MOSFET短沟道效应方面的工作，已经有了许多卓有成效的结果。例如，减小源极区和漏极区的结深；用金属—半导体接触来代替源极和漏极的PN结等。当然，要解决好短沟道MOSFET如何不出现短沟道效应这个问题，并不是一件很容易的事情，还需要进一步的研究。MOS晶体管的特点MOS晶体管属于场效应晶体管（FieldEffectTransistor,简称FET）中的绝缘栅场效应管（简称IGFET）。它是利用电场控制导通能力的半导体器件。由于场效应