トランジスタの進化における重要なマイルストーン

スペンサー・チン | 2022 年 12 月 9 日

最初のトランジスタは、1947 年にニュージャージー州マレーヒルのベル研究所で実証に成功しました。この 3 端子デバイスは、今日私たちが当たり前だと思っている製品の多くを可能にする多くの電子デバイスを生み出しました。 トランジスタから、さまざまな形態の MOSFET、集積回路、およびマイクロプロセッサが生まれました。

初期のトランジスタはトランジスタ ラジオなどの地味な発明を生み出しましたが、その後のトランジスタ技術の改良により、後に電卓、パーソナル コンピューター、パワー エレクトロニクス デバイスが生み出されました。

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以下に、トランジスタの豊かな歴史におけるより重要な発展の概要を示します。 Design News は、この記事の情報について Wikipedia に感謝します。

ウィキペディアによると、電界効果トランジスタの最初の特許は、1925 年 10 月 25 日にオーストリア＝ハンガリー人の物理学者ジュリアス・エドガー・リリエンフィールドによって申請されましたが、彼は自分のデバイスに関する研究論文を発表しなかったため、彼の研究は業界から無視されました。

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ベル研究所のトランジスタ開発の取り組みは、マイクロ波レーダー受信機の周波数ミキサー素子としてレーダーユニットに使用される高純度ゲルマニウム結晶ミキサーダイオードを製造するという戦時中の取り組みから生まれました。 第二次世界大戦後、ベルの科学者ジョン・バーディーン、ウィリアム・ショックレー、ウォルター・ブラッテンは三極管のような半導体デバイスの研究を開始した。 その秘訣は、デバイスのエミッタとコレクタの間に一貫した電子の流れを生成することであることが判明しました。これは、エミッタとコレクタのリード線を結晶の底部の制御リード線に非常に近づけて配置することで可能になりました。

研究活動に参加したパデュー大学の大学院生は、塗布しても抵抗がなかったと指摘し、これが少数キャリア注入のアイデアを生み出した。

この知識を武器に、ベルの科学者たちは何度か開始と停止を繰り返し、最終的に 1947 年 12 月 16 日に最初の動作するトランジスタを構築しました。点接触トランジスタは、ゲルマニウムの小片で結合された 2 つの狭い間隔で配置された金接点を特徴としています。

バーデン、ショックリー、ブラッテンは、その努力が評価されてノーベル物理学賞を受賞しました。

1947 年にトランジスタを発明したベルの科学者 (左から右へ) ジョン・バーディーン、ウィリアム・ショックレー、ウォルター・ブラッテン。

最初のトランジスタではゲルマニウムが使用されていましたが、この材料は動作温度範囲が限られており、化合物の精製が難しいため、実用的な長期的な解決策ではありませんでした。 モリス・タネンバウム率いるベル研究所のチームは、1954 年 1 月 16 日に最初に動作するシリコン・トランジスタを開発しました。その数か月後に、同様のデバイスがテキサス・インスツルメンツのゴードン・ティールによって開発されました。

1955 年、ベル研究所の科学者は、半導体表面における酸化の不動態化効果を発見しました。 表面パッシベーション法は、後に IC の大量生産を可能にしたため、トランジスタにとって重要なマイルストーンです。

最初にベル研究所のモハメド・アタラとフェアチャイルド社のジーン・ヘルニによって、シリコン酸化物によるシリコン表面の不動態化の実証が成功し、それがプレーナ・プロセスにつながり、シリコン IC の大量生産が可能になりました。

また 1959 年には、最初の MOSFET が製造されました。 金属酸化物半導体電界効果トランジスタ (MOSFET) は、ベル研究所の Atalla 氏と Dawon Kahng 氏によって発明されました。 彼らは 1959 年 11 月にこのデバイスを製造し、1960 年初頭に「シリコン-二酸化シリコン電界誘起表面デバイス」として発表しました。高い拡張性、バイポーラ接合トランジスタよりもはるかに低い消費電力と高密度により、MOSFET は次のことを可能にしました。単一の IC に 10,000 個を超えるトランジスタを統合できる高密度集積回路 (IC) を構築します。

バイポーラ トランジスタと比較して、MOSFET は状態を切り替えるとき以外は電流を消費せず、スイッチング速度が速くなります。

1959 年の MOSFET の開発は、トランジスタの進化における重要なステップでした。

CMOS (相補型 MOS) は、フェアチャイルド セミコンダクターの Chih-Tang Sah と Frank Wanlass によって発明され、1963 年 2 月に研究論文でその発明を発表しました。CMOS テクノロジは、マイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、メモリ チップなどの集積回路 (IC) の開発に役立つことが判明します。

FGMOS の最初の報告は、ベル研究所の Dawon Kahng と Simon Min Sze によって行われ、その日付は 1967 年に遡ります。フローティング ゲート MOSFET (FGMOS) は、フローティング ゲート MOS トランジスタまたはフローティング ゲート トランジスタとも呼ばれ、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ (MOSFET) のゲートが電気的に絶縁されて直流のフローティング ノードを作成し、多数の二次ゲートまたは入力がフローティング ゲート (FG) の上に堆積され、フローティング ゲート (FG) から電気的に絶縁されています。それ。 これらの入力は FG に容量的にのみ接続されます。

FGMOS の最初の用途は、EPROM、EEPROM、およびフラッシュ メモリに不揮発性データを保存するためのデジタル半導体メモリでした。

セルフアライン ゲート (シリコン ゲート) MOSFET トランジスタは、1967 年にベル研究所のロバート カーウィン、ドナルド クライン、ジョン サラスによって発明されました。その後、フェアチャイルド セミコンダクターの研究者フェデリコ ファギンとトム クラインは、セルフアライン ゲート MOSFET を使用して最初のシリコンを開発しました。 -ゲートMOS集積回路。

PNP トランジスタが MOSFET によって駆動される基本的な IGBT 動作モードは、1968 年に出願された日本国特許 S47-21739 において、三菱電機の K. ヤマガミと Y. 赤桐によって最初に提案されました。

1970 年代のパワー MOSFET の商品化に続き、B. Jayant Baliga は 1977 年にゼネラル エレクトリック (GE) に特許開示を提出し、サイリスタの MOS ゲート、4 層 VMOS を含む IGBT 動作モードを備えたパワー半導体デバイスについて説明しました。 （V 溝 MOSFET）構造、および 4 層半導体デバイスを制御するための MOS ゲート構造の使用。 彼は 1978 年に GE のマーガレット ラゼリの支援を受けて IGBT デバイスの製造を開始し、1979 年にプロジェクトを成功裡に完了しました。実験の結果は 1979 年に報告されました。

このデバイス構造は、この論文では「ドレイン領域が p 型アノード領域に置き換えられた V 溝 MOSFET デバイス」と呼ばれ、その後「絶縁ゲート整流器」(IGR)、絶縁ゲート トランジスタ ( IGT)、導電率変調電界効果トランジスタ (COMFET)、および「バイポーラ モード MOSFET」。

IGBT (絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ) は 1970 年代後半に開発されました。

フィン電界効果トランジスタ (FinFET) はマルチゲート デバイスであり、基板上に構築された MOSFET (金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ) であり、ゲートがチャネルの 2 つ、3 つ、または 4 つの側面に配置されるか、チャネルの周囲に巻き付けられます。チャネルを形成し、ダブルゲート構造、さらにはマルチゲート構造を形成します。 これらのデバイスには、ソース/ドレイン領域がシリコン表面にフィンを形成するため、一般名「FinFET」が付けられています。 CMOS デバイスと比較して、FinFET デバイスはスイッチング時間が大幅に速く、電流密度が高くなります。

最初の FinFET トランジスタ タイプは、「ディプレッテッド リーン チャネル トランジスタ」または「DELTA」トランジスタと呼ばれ、1989 年に日立中央研究所の久本大氏、加賀徹氏、川本義史氏、および武田英二氏によって日本で初めて製造されました。

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