多拥有良好电性的半导体材料，如砷化镓，因为无法在表面长出品质够好的氧化层，所以无 法用来制造 MOSFET 元件。 近年来，国外不断从工艺、设计等方面进行改进，并采用微细加工技术，使 MOS 的性能 得到很大的提高。这些性能，包括导通电阻的降低，高频的实现，高耐压的实现，雪崩容量 的改善，提高抗静电能力等。 就 MOSFET 的应用而言，其应用领域广泛。其主要用于电脑周边，比如软硬件驱动、打 印机、绘图机等，还包括电源、汽车电子、仪器仪表等等。 3. MOS 晶体管的前沿技术和发展方向 目前，人们正在尝试用各种技术来制作双栅晶体管。比如，通过隧道选择外延生长形成 有源区，或者采用硅片键合技术，形成栅电极和沟道区后再进行外延生长源漏区等。双栅 MOS 晶体管与单栅相比，虽然具有更好的可缩小性，但是双栅结构仍不是最终的解决方案， 它的可缩小能力是有限的。 对于 MOSFET 而言，其内在矛盾很多，而其中的一个重要矛盾就是其工作频率的提高与 增益的提高是不相容的， 这集中就表现在它的“工作频带宽度与电压增益的乘积等于一个常 数”这个关系上（该常数就是特征频率 fT）。由于 MOSFET 的上述内在矛盾限制着器件性能 的进一步提高，所以在设计 MOSFET 时，就必须兼顾频率和增益这两个方面的要求，来适当 地选取沟道长度和饱和电压。 以不出现沟道长度调制效应为准 （保证具有较高的电压增益） 。 因而，常规的 MOSFET 就难以做到既具有高的频率、又同时具有高的增益。 可以说， 今后 MOSFET 的一个重要发展方向， 就是需要解决短沟道 MOSFET 怎么样才会不 出现短沟道效应的问题。在克服 MOSFET 短沟道效应方面的工作，已经有了许多卓有成效的 结果。例如，减小源极区和漏极区的结深；用金属—半导体接触来代替源极和漏极的 PN 结 等。当然，要解决好短沟道 MOSFET 如何不出现短沟道效应这个问题，并不是一件很容易的 事情，还需要进一步的研究。

　　1.MOS 晶体管的发展历史 MOS 晶体管的发明可追溯到 20 世纪 30 年代初。1930 年，德国科学家 Lilienfeld（利 林费尔德）提出了场效应晶体管的概念。之后，贝尔实验室的 Shockley （肖克利） Bardeen 、 （巴丁）和 Brattain（布拉顿）开始尝试发明场效应晶体管。尽管这一尝试以失败告终， 却最终导致 Bardeen 和 Brattain 在 1947 年意外地发明了点接触双极晶体管。1949 年 Shockley 用少子注入理论阐明了双极晶体管的工作原理，并提出了可实用化的结型晶体管 概念。1960 年，Kahng 和 Attala 在用二氧化硅（SiO2）改善双极晶体管性能的过程中意外 地发明了 MOS 场效应晶体管(简称 MOS 晶体管)， 从此， 晶体管进入集成电路的制造行业， MOS 并逐渐成为了电子工业中最重要的电子器件。 2.MOS 晶体管的发展现状 自 20 世纪 60 年代开发出 MOS 管以来， 由于半导体工艺技术的发展， 它的性能不断提高： 如高压功率 MOS 的工作电压可以达到 1000V；低导通电阻 MOS 的阻值仅 1 欧姆；工作频率范 围从直流到达数兆赫；开发出了各种贴片式的 MOS。此外，价格也不断降低，使其应用越来 越广泛，在许多领域代替了双极型晶体管。 现今半导体元件的材料通常以硅为首选， 但是也有些半导体公司发展出使用其他半导体 材料的制程， 当中最著名的例如 IBM 使用硅与锗的混合物所发展的硅锗制程。 而可惜的是很

　　作为现代信息技术的基础，MOS 晶体管的使用几乎无处不在。从日常的家用电器到各 种通讯设备，航空航天等各种国防设备，处处都有 MOS 晶体管的身影。而以 MOS 晶体管为 基础组成的集成电路的技术性能、 产业规模决定着一个国家现代工农业、 国防装备和家庭电 子类消费品的发展水平及国际竞争力， 是现代经济发展的原动力。 相信随着科学技术的不断 发展，MOS 晶体管的作用会越来越大，为人类提供更优质的服务。

　　MOS 晶体管属于场效应晶体管 （Field Effect Transistor,简称 FET） 中的绝缘栅场效应管 （简 称 IGFET） 。它是利用电场控制导通能力的半导体器件。由于场效应管是靠半导体中的多数 载流子导电，所以又称为单极型晶体管。 MOS 场效应管不仅像双极型晶体管一样具有体积小、 重量轻、 耗电少、 寿命长等优点， 而且它的输入阻抗高、热稳定性好、抗辐射能力强。它最大的优点是占用硅片面积小，制造 工艺简单，成本低，可以在一块硅片上制作由百万以上个场效应管组成的电路。

　　上图所示为 N 沟道增强型 MOS 场效应管的结构示意图。它是以一块掺杂浓度较低 的 P 型硅片作衬底，利用光刻扩散工艺，在硅片中制作两个高掺杂的 N区，分别称为源 区和漏区，源区、漏区和 P 型衬底之间形成 PN 结。从源区和漏区各引出一个电极，分 别称为源极 S 和漏极 D。在两个 N扩散区之间的硅衬底表面生成一层很薄的二氧化硅 （SiO2）绝缘层，在绝缘层上再蒸发一层金属铝（目前多采用导电的多晶硅代替金属） ， 并引出一个电极，称为栅极 G。由于 G、S、D 之间是绝缘的，故称之为绝缘栅极场效应 管。在栅极氧化层下源区与漏区之间的部分可形成 N 型导电沟道。

　　书籍： 《电子线路基础（第二版） 高等教育出版社 高文焕 李冬梅 编 》 网络资源： 之 MOSFET（ ） 之 MOS 集成电路（ ）

　　MOS 晶体管在导通时通道电阻低，而在静止时电阻近乎无限放大，所以适合作为类 比讯号（模拟信号）的开关，这样，讯号（通过电磁波发出的信号）的能量不会因为开 关的电阻而损失太多。 MOS 晶体管的开关速度和 C in（输入电容）充放电有很大关系。同时，可降低 驱动电路内阻 Rs 减小时间常数，从而加快开关速度。由于其不存在少子储存效 应，所以关断过程非常迅速。开关时间在 10~100ns 之间，工作频率可达 100kHz 以上，是主要电力电子器件中最高的。MOS 晶体管为场控器件，虽然静态时几乎 不需输入电流， 但是在开关过程中需对输入电容充放电， 故仍需一定的驱动功率。 开关频率越高，所需要的驱动功率越大。 目前应用最广泛的为双向开关，即 CMOS 开关。它由一个 PMOS 加一个 NMOS 组成。这样做的好处是在大部分的输入电压下, PMOS 和 NMOS 皆同时导通，如果 任一边的导通电阻上升，则另一边的导通电阻就会下降，所以开关的电阻几乎可 以保持定值，克服了单一 MOSFET 开关讯号失真的缺点。

　　对于mosfet而言其内在矛盾很多而其中的一个重要矛盾就是其工作频率的提高与增益的提高是不相容的这集中就表现在它的工作频带宽度与电压增益的乘积等于一个常数这个关系上该常数就是特征频率ft

　　引言：在过去的近十年，大规模集成电路技术突飞猛进，很大程度上与 MOS 晶体管的使用

　　当栅极和源极之间不加电压时，漏极之间是两只背向的 PN 结，不存在导电沟道， 因此即使漏极和源极之间加电压，也不会有漏极电流，即器件不导通，而是处于隔离状 态；当栅极和源极之间外加电压，并当电压达到一个阈值（称为阈值电压 VT）时，器件 导通。 MOS 晶体管按照导电沟道可以分为 N 沟道和 P 沟道。 每种沟道又分别对应两种类型， 即增强型（E 型）和耗尽型（D 型） 。所以，MOS 场效应管有 N 沟道增强型、N 沟道耗尽 型、P 沟道增强型和 P 沟道耗尽型四种。 以 N 沟道增强型为例：

　　MOS 晶体管的全称是金属-氧化物-半导体场效应管（Metal Oxide Semiconductor）。 在竖直方向上，MOS 晶体管是由栅电极、栅绝缘层和半导体衬底构成的一个层次结构，在水 平方向上， 晶体管由源区、 MOS 沟道区和漏区 3 个区构成， 沟道区和硅衬底相通， 也叫做 MOS 晶体管的体区。一个 MOS 晶体管有 4 个引出端：栅极、源极、漏极和体端。因为栅极通过二 氧化硅绝缘层和其他区域隔离，MOS 晶体管又叫做绝缘场效应晶体管。

　　由 NMOS 电路和 PMOS 电路组成的 CMOS 电路在当代大规模和超大规模集成电路中占 据主导地位。除了继承了 MOS 晶体管的输入阻抗高，热稳定性好，抗干扰能力强等特点 外，还具有如下几个特点。 ① 功率小 CMOS 集成电路采用场效应管，且都是互补结构，工作时两个串联的场效应管 总是处于一个管导通而另一个截止的状态， 电路静态功耗理论上为零。 实际上由于 存在漏电流，CMOS 电路尚有微量静态功耗。单个门电路功耗典型值仅为 20mW，动 态功耗（在 1MHz 工作频率时）也仅为几 mW。 ② 工作电压范围宽 CMOS 集成电路供电简单，供电电源体积小，基本上不需稳压。国产 CC4000 系 列的集成电路，可在 3—18V 电压下正常工作。 ③ 逻辑摆幅大 CMOS 集成电路的逻辑高电平 1、逻辑低电平 0 分别接近于电源高电位 VDD 和电 源低电位 VSS..当 VDD=15V,VSS=0V 时，输出逻辑摆幅近似 15V。因此，CMOS 集成电路 的电压利用系数在各类集成电路中是较高的。 ④ 可控性好 CMOS 集成电路输出波形的上升和下降时间可以控制，其输出的上升和下降时 间的典型值为电路传输延迟时间的 125%-140%。

　　由于栅极和源极之间有绝缘介质二氧化硅（SiO2）的隔离，因此 MOS 晶体管呈现纯 电容性的高输入阻抗。 输入阻抗高，所以 MOS 晶体管允许很高的扇出（fan out） 。所谓扇出是指单个逻辑 门能够驱动的数字信号输入最大量。一个典型的 TTL（Time To Live，生存时间）逻辑 门有十个扇出信号，可以为 10 个其他数字门或驱动器提供信号，所以 MOS 晶体管被广 泛应用于各种数据系统。输入阻抗越高，允许的扇出越大，那么能够驱动的数字信号输 入量也越大，驱动、缓冲效果也会越明显。

　　和发展有关系。MOS 晶体管自从进入集成电路制造行业，通过不断的发展，至今已成为工业 中最重要的电子器件之一。但是，电子信息产业的发展对集成元器件提出了更高的要求，如 何在已有的 MOS 晶体管技术上实现下一代 MOS 晶体管技术也是需要我们去思考的问题。 本文 旨在对 MOS 晶体管的发展概况及其特点做一个概要的介绍， 并在此基础上， 根据作者已有的 知识谈谈晶体管的发展趋势。