האם ידעת על האבולוציה של MOSFET?

א. מושגים וגישושים מוקדמים

רעיון שהוצע:ניתן לעקוב אחר המצאת ה-MOSFET עד שנות ה-30 של המאה ה-20, כאשר הרעיון של טרנזיסטור אפקט השדה הוצג על ידי לילינפלד הגרמני. עם זאת, ניסיונות בתקופה זו לא הצליחו לממש MOSFET מעשי.

מחקר מקדים:לאחר מכן, מעבדות הפעמון של ה-Shaw Teki (Shockley) ואחרות ניסו גם הם לחקור את המצאת צינורות אפקט שדה, אך זה לא הצליח. עם זאת, המחקר שלהם הניח את הבסיס לפיתוח מאוחר יותר של MOSFET.

II. הלידה והפיתוח הראשוני של MOSFETs

פריצת דרך מרכזית:בשנת 1960, Kahng ו-Atalla המציאו בטעות את טרנזיסטור אפקט השדה MOS (בקיצור טרנזיסטור MOS) בתהליך של שיפור הביצועים של טרנזיסטורים דו-קוטביים עם סיליקון דו-חמצני (SiO2). המצאה זו סימנה את הכניסה הרשמית של MOSFETs לתעשיית ייצור המעגלים המשולבים.

שיפור ביצועים:עם הפיתוח של טכנולוגיית תהליך מוליכים למחצה, הביצועים של MOSFETs ממשיכים להשתפר. לדוגמה, מתח ההפעלה של הספק MOS במתח גבוה יכול להגיע ל-1000V, ערך ההתנגדות של MOS עם התנגדות נמוכה הוא רק 1 אוהם, ותדר ההפעלה נע בין DC למספר מגה-הרץ.

III. יישום רחב של MOSFETs וחדשנות טכנולוגית

בשימוש נרחב:מכשירי MOSFET נמצאים בשימוש נרחב במכשירים אלקטרוניים שונים, כגון מיקרו-מעבדים, זיכרונות, מעגלים לוגיים וכו', בגלל הביצועים המצוינים שלהם. במכשירים אלקטרוניים מודרניים, MOSFETs הם אחד המרכיבים ההכרחיים.

 

חדשנות טכנולוגית:על מנת לעמוד בדרישות של תדרי הפעלה גבוהים יותר ורמות הספק גבוהות יותר, IR פיתח את ה-MOSFET הראשון. לאחר מכן, סוגים חדשים רבים של התקני כוח הוצגו, כגון IGBTs, GTOs, IPMs וכו', ונעשה בהם שימוש נרחב יותר ויותר בתחומים קשורים.

חדשנות חומרית:עם התקדמות הטכנולוגיה, חומרים חדשים נחקרים לייצור MOSFETs; לדוגמה, חומרי סיליקון קרביד (SiC) מתחילים לקבל תשומת לב ומחקר בשל תכונותיהם הפיזיקליות המעולות. לחומרי SiC מוליכות תרמית ורוחב פס אסור גבוה יותר בהשוואה לחומרי Si קונבנציונליים, מה שקובע את תכונותיהם המצוינות כגון צפיפות זרם גבוהה, גבוהה חוזק שדה התמוטטות, וטמפרטורת פעולה גבוהה.

רביעית, כיוון הטכנולוגיה והפיתוח החדשני של MOSFET

טרנזיסטורי שער כפול:מנסים טכניקות שונות לייצור טרנזיסטורי שער כפול כדי לשפר עוד יותר את הביצועים של MOSFETs. לטרנזיסטורי MOS עם שער כפול יש יכולת כיווץ טובה יותר בהשוואה לשער בודד, אך יכולת הכיווץ שלהם עדיין מוגבלת.

 

אפקט תעלה קצר:כיוון פיתוח חשוב עבור MOSFETs הוא לפתור את בעיית אפקט הערוצים הקצרים. אפקט הערוץ הקצר יגביל את השיפור הנוסף של ביצועי המכשיר, ולכן יש צורך להתגבר על בעיה זו על ידי הפחתת עומק הצומת של אזורי המקור והניקוז, והחלפת צומת המקור והניקוז PN במגעי מתכת מוליכים למחצה.