MOSFET 的全称是什么

MOSFET：金属氧化物半导体场效应晶体管

MOSFET 代表金属氧化物半导体场效应晶体管。它是一种场效应晶体管，主要通过对硅进行氧化得到。它具有一个隔离栅极，其电压会影响器件的导电性。这种响应施加电压而改变导电性的能力可以用于放大或切换电信号。MISFET，即金属-绝缘体-半导体场效应晶体管，实际上与 MOSFET 同义。

与双极晶体管相比，MOSFET 的真正优势在于它调节负载电流所需的输入电流极小。施加到增强型 MOSFET 栅极端的电压会增强器件的导电性。而施加到耗尽型晶体管栅极的电压会减弱导电性。

MOSFET 中的“金属”一词可能会引起误导，因为栅极材料通常由多晶硅层制成。同样，“氧化物”一词也可能具有迷惑性，因为还会使用其他电介质材料来在较低的施加电压下提供强大的沟道。

MOSFET 是最常见的数字电路晶体管形式，在内存芯片或 CPU 上有数十亿个。它们由 P 型或 N 型半导体制成。此外，还可以使用 MOS 晶体管对来使用 CMOS 逻辑构建低功耗开关电路。

当栅极电压低于导电沟道的阈值时，漏极和源极之间不发生导电，开关关闭。当电子被栅极吸引时，会在氧化层下方生成一个 N 型导电沟道，允许电子在 N 型掺杂的端子之间移动，从而激活开关。

历史

1925 年，Julius Edgar Lilienfeld 获得了这种晶体管的基本概念专利。William Shockley、John Bardeen 和 Walter Houser Brattain 在最终导致晶体管效应发现的探索过程中提出了 MOS 晶体管的结构。但由于表面态问题（半导体表面捕获电子导致电子无法移动），该结构未能达到预期效果。

1955 年，Carl Frosch 和 L. Derick 偶然在硅片上生成了二氧化硅层。进一步的研究表明，二氧化硅可以阻止掺杂剂扩散到硅片中。以此研究为基础，Mohamed M. Atalla 证明了二氧化硅可以有效地解决一类关键表面态问题。随后，Atalla 和 Dawon Kahng 提出了一个在结构上类似于电流 MOS 晶体管的器件。该器件的基本原理与 Bardeen、Shockley 和 Brattain 在尝试构建表面场效应器件时使用的原理相同。

该技术一度被认为不如当时的双极晶体管，速度慢了大约 100 倍。然而，Kahng 指出了该器件的一些优势，例如其制造和集成电路实现的卓越简单性。

MOSFET 的组成是什么？它是如何工作的？

硅是最常见的半导体材料。一些芯片制造商，特别是 IBM 和 Intel，最近开始在 MOSFET 沟道中使用硅锗 (SiGe) 合金。不幸的是，许多在电学特性上优于硅的半导体，如砷化镓，不能形成理想的半导体-绝缘体接触，因此不适用于 MOSFET。正在对其他半导体材料进行研究，以开发具有良好电学特性的绝缘体。

为了弥补栅极漏电流引起的功耗增加，使用了高介电材料作为栅极绝缘体，取代了二氧化硅，并使用金属栅极取代多晶硅（例如，Intel，2009）。

一层薄绝缘层，最初是二氧化硅，后来是氮氧化硅，将栅极与沟道隔开。一些公司在 45 纳米节点上采用了高介电和金属栅极的组合。

当在栅极和衬底端子之间施加电压时，电场会穿透氧化层。在半导体-绝缘体界面，它会形成一个反型层或沟道。反型层在源极和漏极之间产生电流流。该层的导电性通过改变栅极和衬底之间的电压来控制。因此，它调节了漏极和源极之间的电流流动。这一切都被称为增强型模式。