MOS管的發(fā)展歷程

1MOS的起源

MOS管的全稱是金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。MOS管的發(fā)明最早可以追溯到19世紀(jì)30年代，由德國人提出了Lilienfeld場效應(yīng)晶體管的概念，之后貝爾實驗室的肖特基發(fā)明者Shcokley等人也嘗試過研究發(fā)明場效應(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管來到了人世間。

然而在這里，我們也不得不提及另外一個大的人物，馬丁阿塔拉（Martin M. “John” Atalla）他也被認(rèn)為是MOS場效應(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)入貝爾實驗室研究半導(dǎo)體材料的表面特性。通過在硅片晶圓上培養(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效應(yīng)晶體管（表面運用金屬氧化物。并一起在1960年的某次學(xué)術(shù)會議上宣布了他們的成果。 之后離開貝爾實驗室后，阿塔拉博士又曾先后為惠普和仙童半導(dǎo)體工作。

2 Super junction MOS

為了滿足更高工作頻率及更高功率等級的要求，IR公司研發(fā)出首款功率MOSFET，接下來的二十年，功率半導(dǎo)體器件進(jìn)入一個蓬勃發(fā)展的時期，很多新型的功率器件，比如IGBT、GTO、IPM相繼問世，并且在相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)得到越來越廣泛的應(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)步的腳步一刻也沒停止過，又提出了superjunction MOS，這種mos具有更低導(dǎo)通阻抗，更快的開關(guān)速度。常規(guī)的MOS有個問題是耐壓和導(dǎo)通阻抗成正比，要想獲得更高的耐壓值，必會導(dǎo)致Rds上升，導(dǎo)致MOS損耗加大，superjunction MOS采用多次注入開槽工藝，很好地解決了這一問題。

3 SiC MOS

隨著日益增長的行業(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)用場合。碳化硅（SiC）材料因其優(yōu)越的物理特性，開始受到人們的關(guān)注和研究。二十世紀(jì)九十年代以來，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器件的高擊穿場強和高工作溫度等優(yōu)秀的性能。

4 GaN MOS

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。

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