MOS管的發展歷程

2020-12-05 電子發燒友

MOS管的發展歷程

發表於 2020-04-04 14:34:00

1MOS的起源

MOS管的全稱是金屬-氧化物-半導體場效應電晶體。MOS管的發明最早可以追溯到19世紀30年代，由德國人提出了Lilienfeld場效應電晶體的概念，之後貝爾實驗室的肖特基發明者Shcokley等人也嘗試過研究發明場效應管，但是都失敗了。1949年Shcokley提出了注入少子的雙極性電晶體的概念。到了1960年，有人提出用二氧化矽改善雙極性電晶體的性能，就此MOS管來到了人世間。

然而在這裡，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）他也被認為是MOS場效應電晶體的發明人之一， 阿塔拉博士是埃及人，之後赴美留學。1949年阿塔拉進入貝爾實驗室研究半導體材料的表面特性。通過在矽片晶圓上培養出二氧化矽表層，他終於找到了幫助電流擺脫電子陷阱和散射的方法。後人稱之為表面鈍化的這項技術，因其低成本和易生產，而成為矽集成電路發展史上的裡程碑。其後，阿塔拉博士建議在場效應電晶體（表面運用金屬氧化物。並一起在1960年的某次學術會議上宣布了他們的成果。 之後離開貝爾實驗室後，阿塔拉博士又曾先後為惠普和仙童半導體工作。

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公司研發出首款功率MOSFET，接下來的二十年，功率半導體器件進入一個蓬勃發展的時期，很多新型的功率器件，比如IGBT、GTO、IPM相繼問世，並且在相關領域內得到越來越廣泛的應用。早期的MOS管，抗靜電能力弱，導通阻抗大，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性能已經達到了大大改善，電壓可以耐1000V，導通阻抗小於1Ω，但是人們追求進步的腳步一刻也沒停止過，又提出了superjunction MOS，這種mos具有更低導通阻抗，更快的開關速度。常規的MOS有個問題是耐壓和導通阻抗成正比，要想獲得更高的耐壓值，必會導致Rds上升，導致MOS損耗加大，superjunction MOS採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需求，矽器件由於其本身物理特性的限制，已經開始不適用於一些高壓、高溫、高效率及高功率密度的應用場合。碳化矽（SiC）材料因其優越的物理特性，開始受到人們的關注和研究。二十世紀九十年代以來，碳化矽技術得到了迅速發展。 SiC材料與目前應該廣泛的Si材料相比，較高的熱導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秀的性能。

4 GaN MOS

人們發現Si材料本身的局限， Si材料的MOS的性能也不能做到極致，工程師們就會另闢蹊徑，發現一種新的材料GaN，是氮和鎵的化合物，具有耐高溫，耐酸耐鹼，寬禁帶等優良特性，在上世紀90年代，應用在發光二極體上，本世紀初，應用在MOS管，如今已經大量使用中。

MOS管功率器件的進步，等於減少能源損耗，為人類地球長遠發展有著極為重要的意義。

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