什么是互补金属氧化物半导体？

CMOS，全称Complementary Metal Oxide Semiconductor，即互补金属氧化物半导体，是一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料。采用CMOS技术可以将成对的金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）集成在一块硅片上。该技术通常用于生产RAM和交换应用系统，在计算机领域里通常指保存计算机基本启动信息(如日期、时间、启动设置等)的ROM芯片。

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1947年：巴丁(Bardeen)、布拉顿(Brattain)、萧克利(Shockley)在美国的贝尔实验室制造出第一个具有放大电流效果的固态三极体，并首先启用了『电晶体(transister)』此一名称。由於此三极体的结构特徵及电极的电流机制，因此取名为点接触电晶体。

1948年：萧克利再设计出结构上由两个PN接面紧紧相邻在一起的半导体元件─接面电晶体，，此结构的电晶体特性稳定，且不难以当时的半导体技术来制作生产，旋即成为众多电子元件中广受瞩目的焦点，其後来的发展更成为半导体元件的主流。

1960年：柯恩(D．Kahng)及阿塔拉(M．Atala)以金属-氧化物-半导体(常以金氧半表示)的闸极结构，设计出以目前来看更为实用的场效电晶体。由於金氧半场效电晶体可大量缩小其体积、耗电量低、稳定性高、容易大量生产，因此在微电子的应用上，後来居上，不论在产量或是用途方面，都远超过其他任何一种电子元件。

如果要你票选二十世纪最重要的发明，你会选择什麼？以对人类影响至深至大而言，首推电晶体的发明。但你可知，五十年前，贝尔实验室首次发表了电晶体，所得到的反应竟是隔天纽约时报短短几行不起眼的文字，而几年後，电晶体的共同发明人萧克利、巴丁、布拉顿三人获颁诺贝尔物理奖。

第一个电晶体的发明过程。

贝尔实验室的创办人，Alexander Graham Bell （1847.3.3-1922.8.2）终其一生的愿望，就是发明一个好用的助听器（贝尔的老婆是听障者），这个愿望在他死後多年，因他的实验室研究员的发明而得以实现。

1833年法拉第(Michael Faraday,

1791-1867)发现了半导体，他发现硫化银的电阻与普通的金属不同，它的电阻随著温度的上升而降低，而普通金属的电阻都是随著温度的上升而增加的。在二次大战前，人们已开始进行半导体的研究，二次大战期间，贝尔实验室的人都被徵调去当兵。

萧克利 Schockley（William Schockley,

1910-1989）当兵期间是雷达军官，对真空管相当瞭解，对真空管体积大、耗电量多、易损坏的缺点也知之甚详。战争结束後，他亟想用当时正在发展中的半导体来取代真空管。

当时已知在半导体内移动的是自由电子与电洞，他想：「如果我在半导体内插入二个电极板，控制这二个电极板的电压，就可以影响半导体内自由电子与电洞的分布，我就可以改变电流，让电流通过外接的电阻，就可以使电压放大。」（当时应用中的真空管三极体主要功能就是放大、开关）

但是他一直无法在半导体内插入电极板，在他准备放弃前他找了布拉顿（Walter H. Brattain,

1902-1987）来帮忙，Brattain是农家小孩出身，手很灵巧，他依照Schockley的要求，将平行刀片插进半导体内，可是电流却没有如Schockley所预期般的放大。

前後尝试了三年，一直没有成功。巴丁（John Bardeen,

1908-1987）是一个理论物理学家，他与Brattain在同一个办公室，他觉得Schockley的构想不错，他也很疑惑，为何无法得到预期的结果？（预期经过电晶体後，电流应放大）

【巴丁得过二次的诺贝尔奖，一次是因制做出电晶体，一次是因建立了超导体的微观理论。】

他花了一个月的时间，潜心研究，解决了这个问题。他发现，当金属片存在半导体中时，会产生金属屏蔽效应，虽然在半导体二端加了电场，电场却无法穿越半导体。他认为如果要控制电流的话，不是控制晶体内部电子或电洞，是应该要控制表面，要从表面来想，不是从块状物来想。朝这个方向去研究，他们只用了一年多，就做出了第一个电晶体。

1947年12月23日三位科学家─巴丁、布莱坦、萧克利发明了如右图所示的电晶体但於次年六月才正式发表。

第一个电晶体依其结构又称为点接触电晶体，品质相当不稳定，难以控制。

电晶体的构想是Schockley提出，最後却是由Bardeen解决了理论的问题而得以成功，不服输的Schockley为此闭关苦思一个月，接著发明了接面型电晶体（BJT）。品质稳定，得以大量生产。Schockley後来离开了贝尔实验室，在加州湾区开创第一家半导体公司，引起了风起云涌的矽谷盛事。

第一个电晶体的结构简介

在图上可看到在有机玻璃的下方基座上有一小块平板形状的灰色锗晶体，晶体底面紧压著两片分隔仅约0.1mm的平行金薄片，晶体上面则顶著一箭头形的金属电极。如果在此电极和其中之一的金薄片施加顺向偏压，而在电极和另一金薄片之间加上逆向偏压，则此电路具有将小讯号放大的功能。这种结构称为点接触型电晶体。

几个星期後，肖克利将之改良为p-n接面型电晶体，并建构了相关的理论。由於他们三位在半导体研究的开创性贡献，1956年获颁诺贝尔物理奖。

电晶体的体积不但比真空管小得多，而且耗电量很低，又反应迅速，因此在发明後短短数年之内，就取代了真空管，把电子工业的技术带入了一个新的纪元。

半导体、PN二极体

接面电晶体（BJT）

场效应电晶体（MOSFET）

微电子技术

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