Wichtige Meilensteine ​​in der Entwicklung des Transistors

Spencer Chin | 09. Dez. 2022

Der erste Transistor wurde 1947 in den Bell Laboratories in Murray Hill, New Jersey, erfolgreich demonstriert. Dieses Gerät mit drei Anschlüssen hat viele der elektronischen Geräte hervorgebracht, die viele der Produkte ermöglichen, die wir heute für selbstverständlich halten. Aus dem Transistor gingen MOSFETs in ihren verschiedenen Ausführungen, integrierte Schaltkreise und Mikroprozessoren hervor.

Während die frühen Transistoren bescheidene Erfindungen wie Transistorradios hervorbrachten, führten spätere Verbesserungen der Transistortechnologie später zu Taschenrechnern, Personalcomputern und Geräten der Leistungselektronik.

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Im Folgenden finden Sie eine Zusammenfassung der bedeutenderen Entwicklungen in der reichen Geschichte des Transistors. Design News dankt Wikipedia für die Informationen in dieser Geschichte.

Laut Wikipedia wurde das erste Patent für den Feldeffekttransistor am 25. Oktober 1925 vom österreichisch-ungarischen Physiker Julius Edgar Lilienfield angemeldet. Da er jedoch keine Forschungsartikel über seine Geräte veröffentlichte, wurde seine Arbeit von der Industrie ignoriert.

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Die Transistorentwicklungsbemühungen von Bell Lab gingen auf die Bemühungen der Kriegszeit zurück, hochreine Germanium-Kristallmischerdioden herzustellen, die in Radargeräten als Frequenzmischerelement in Mikrowellenradarempfängern verwendet wurden. Nach dem Zweiten Weltkrieg begannen die Bell-Wissenschaftler John Bardeen, William Shockley und Walter Brattain mit der Arbeit an einem triodenähnlichen Halbleiterbauelement. Es stellte sich heraus, dass der Trick darin bestand, einen gleichmäßigen Elektronenfluss zwischen Emitter und Kollektor des Geräts zu erzeugen, was dadurch ermöglicht wurde, dass die Emitter- und Kollektorleitungen sehr nahe beieinander platziert wurden und die Steuerleitung an der Basis des Kristalls angebracht war.

Ein Doktorand der Purdue University, der sich der Forschungsbemühung anschloss, stellte fest, dass es bei der Anwendung keinen Widerstand gab, was die Idee der Minderheitsträgerinjektion hervorbrachte.

Ausgestattet mit diesem Wissen durchliefen die Bell-Wissenschaftler mehrere Starts und Stopps, bevor sie am 16. Dezember 1947 schließlich den ersten funktionierenden Transistor bauten. Der Punktkontakttransistor verfügt über zwei eng beieinander liegende Goldkontakte, die durch ein kleines Stück Germanium verbunden sind.

Barden, Shockley und Brattain gewannen für ihre Bemühungen einen Nobelpreis für Physik.

Bell-Wissenschaftler (von links nach rechts) John Bardeen, William Shockley und Walter Brattain, die 1947 den Transistor erfanden.

Während der erste Transistor Germanium verwendete, war dieses Material aufgrund seines begrenzten Betriebstemperaturbereichs und der Schwierigkeiten bei der Reinigung der Verbindung keine praktische Langzeitlösung. Ein Bell Labs-Team unter der Leitung von Morris Tanenbaum entwickelte am 16. Januar 1954 den ersten funktionierenden Siliziumtransistor. Ein ähnliches Gerät wurde einige Monate später von Gordon Teal von Texas Instruments entwickelt.

Im Jahr 1955 entdeckten Wissenschaftler des Bell Lab die passivierende Wirkung der Oxidation auf der Halbleiteroberfläche. Die Oberflächenpassivierungsmethode ist ein wichtiger Meilenstein für Transistoren, da sie später die Massenproduktion von ICs ermöglichte.

Die erfolgreiche Demonstration der Passivierung einer Siliziumoberfläche durch Siliziumoxid, zunächst durch Mohamed Atalla von Bell Labs und Jean Hoerni von Fairchild, führte zum Planarprozess, der die Massenproduktion von Silizium-ICs ermöglichte.

Ebenfalls im Jahr 1959 wurde der erste MOSFET hergestellt. Der Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) wurde von Atalla und Dawon Kahng in den Bell Labs erfunden. Sie stellten das Gerät im November 1959 her und stellten es Anfang 1960 als „feldinduziertes Silizium-Siliziumdioxid-Oberflächengerät“ vor. Mit seiner hohen Skalierbarkeit, seinem viel geringeren Stromverbrauch und seiner höheren Dichte als Bipolartransistoren ermöglichte der MOSFET dies Bauen Sie hochdichte integrierte Schaltkreise (ICs), die die Integration von mehr als 10.000 Transistoren in einem einzigen IC ermöglichen.

Im Vergleich zu Bipolartransistoren verbrauchen MOSFETs keinen Strom, außer beim Schalten von Zuständen, und sie haben eine schnellere Schaltgeschwindigkeit.

Die Entwicklung des MOSFET im Jahr 1959 war ein entscheidender Schritt in der Entwicklung des Transistors.

CMOS (komplementärer MOS) wurde von Chih-Tang Sah und Frank Wanlass bei Fairchild Semiconductor erfunden und im Februar 1963 in einer Forschungsarbeit veröffentlicht.Die CMOS-Technologie würde sich als entscheidend für die Entwicklung integrierter Schaltkreise (ICs) erweisen, darunter Mikroprozessoren, Mikrocontroller und Speicherchips.

Der erste Bericht über einen FGMOS wurde von Dawon Kahng und Simon Min Sze in den Bell Labs erstellt und stammt aus dem Jahr 1967. Der Floating-Gate-MOSFET (FGMOS), auch bekannt als Floating-Gate-MOS-Transistor oder Floating-Gate-Transistor, ist ein Typ aus einem Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), bei dem das Gate elektrisch isoliert ist, wodurch ein schwebender Knoten im Gleichstrom entsteht, und eine Reihe sekundärer Gates oder Eingänge über dem schwebenden Gate (FG) angebracht und elektrisch isoliert sind Es. Diese Eingänge sind nur kapazitiv mit dem FG verbunden.

Die ersten Anwendungen von FGMOS waren digitale Halbleiterspeicher zur Speicherung nichtflüchtiger Daten in EPROM, EEPROM und Flash-Speichern.

Der selbstausrichtende Gate-MOSFET-Transistor (Silizium-Gate) wurde 1967 von Robert Kerwin, Donald Klein und John Sarace in den Bell Labs erfunden. Die Fairchild Semiconductor-Forscher Federico Faggin und Tom Klein verwendeten später selbstausrichtende Gate-MOSFETs, um das erste Silizium zu entwickeln -Gate-MOS-integrierte Schaltung.

Der grundlegende IGBT-Betriebsmodus, bei dem ein PNP-Transistor von einem MOSFET angesteuert wird, wurde erstmals von K. Yamagami und Y. Akagiri von Mitsubishi Electric im japanischen Patent S47-21739 vorgeschlagen, das 1968 eingereicht wurde.

Nach der Kommerzialisierung von Leistungs-MOSFETs in den 1970er Jahren reichte B. Jayant Baliga 1977 bei General Electric (GE) eine Patentanmeldung ein, in der er ein Leistungshalbleiterbauelement mit IGBT-Betriebsart beschrieb, einschließlich der MOS-Gating-Funktion von Thyristoren, einem vierschichtigen VMOS (V-Groove-MOSFET)-Struktur und die Verwendung von MOS-Gate-Strukturen zur Steuerung eines vierschichtigen Halbleiterbauelements. Er begann 1978 mit der Unterstützung von Margaret Lazeri bei GE mit der Herstellung des IGBT-Geräts und schloss das Projekt 1979 erfolgreich ab. Die Ergebnisse der Experimente wurden 1979 veröffentlicht.

Die Gerätestruktur wurde in diesem Artikel als „V-Nut-MOSFET-Gerät, dessen Drain-Bereich durch einen Anodenbereich vom p-Typ ersetzt wurde“ und anschließend als „Gleichrichter mit isoliertem Gate“ (IGR) bezeichnet, der Transistor mit isoliertem Gate ( IGT), der leitfähigkeitsmodulierte Feldeffekttransistor (COMFET) und der „Bipolar-Mode MOSFET“.

Der IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) wurde Ende der 1970er Jahre entwickelt.

Ein Fin-Feldeffekttransistor (FinFET) ist ein Multigate-Gerät, ein MOSFET (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor), der auf einem Substrat aufgebaut ist, wobei das Gate auf zwei, drei oder vier Seiten des Kanals platziert oder umwickelt ist den Kanal und bildet eine Doppel- oder sogar Multi-Gate-Struktur. Diese Geräte tragen den generischen Namen „FinFETs“, da der Source/Drain-Bereich Rippen auf der Siliziumoberfläche bildet. Im Vergleich zu CMOS-Geräten verfügen FinFET-Geräte über deutlich schnellere Schaltzeiten und eine höhere Stromdichte.

Der erste FinFET-Transistortyp wurde als „Depleted Lean-Channel Transistor“ oder „DELTA“-Transistor bezeichnet und erstmals 1989 in Japan von Digh Hisamoto, Toru Kaga, Yoshifumi Kawamoto und Eiji Takeda vom Hitachi Central Research Laboratory hergestellt.

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