上一篇文章(针对小白的芯片半导体科普)，小早君给大家介绍了一些芯片半导体的基础知识。
今天，我们将继续谈论芯片的诞生过程——从real 空晶体管到集成电路，从BJT、MOSFET到CMOS，芯片是如何发展的，如何工作的。
█真空管(电子管)
爱迪生效应
1883年，著名发明家托马斯·爱迪生在一次实验中观察到一个奇怪的现象。
当时他正在测试灯丝(碳丝)的寿命。在灯丝旁边，他放了一根铜线，但是铜线没有连接任何电极。换句话说，铜线是不带电的。
碳丝正常通电后，开始发光发热。过了一会儿，爱迪生关掉了电源。他偶然发现铜线上有电流。
爱迪生无法解释这种现象的原因，但作为一个精明的商人，他想到的第一件事就是为这一发现申请专利。他还将这种现象命名为“爱迪生效应”。
现在我们知道爱迪生效应的本质是热离子发射。也就是说，灯丝受热后，表面的电子变得活跃起来，“逃逸”，结果被铜线捕获，从而产生电流。
爱迪生申请专利后，没有想到这个效果有什么用，就束之高阁了。
1884年，英国物理学家约翰·安布罗斯·弗莱明访问美国会见爱迪生。爱迪生向弗莱明展示了爱迪生效应，给弗莱明留下了深刻的印象。
弗莱明二极管
过了十几年弗莱明才真正用上这个效果。
1901年，无线电报的发明者古列尔莫·马可尼开始了跨大西洋远距离无线电通信实验。弗莱明加入了这项实验，以帮助研究如何增强无线信号的接收。
简单来说，就是研究如何在接收端对信号进行检测和放大，使信号得到完美的解读。
大家都知道放大的信号，那么什么是
检测信号
？
所谓信号检测，其实就是信号筛选。天线收到的信号很乱，各种信号都有。我们真正需要的信号(指定频率的信号)需要从这些混沌信号中“过滤”出来，这就是检测。
为了实现探测，单向导电(单向传导)是关键。
无线电磁波是高频振荡，频率高达每秒几十万次。无线电磁波产生的感应电流也是“正负正负正负”变化的。如果用这个电流驱动耳机，一正一负为零，耳机无法准确识别信号。
利用单边导电，正弦波的负半周没有了，全是正的，电流方向也是一样的。滤除高频后，耳机很容易感应到电流的变化。
如果去掉负半周，电流方向就变得一致，容易解读。为了探测信号，弗莱明想到了“爱迪生效应”——能否基于爱迪生效应的电子流设计出新的探测器？
就这样，1904年，世界上第一个
真空电子二极管
在弗莱明的手里诞生了。当时这种二极管还被称为“弗莱明阀”。(真空管，即电子管，有时也叫“胆管”。)
弗莱明发明二极管弗莱明的二极管，结构其实很简单，就是在一个真实的空玻璃灯泡里插上两极:一个加热后能发射电子(阴极射线)的阴极；阳极可以接收电子。
之所以把间接加热的二极管玻璃管抽入现实空是为了防止气体电离影响正常电子流，破坏特性曲线。(如果抽成现实空，还能有效降低灯丝的氧化损耗。)
晶体管
二极管的出现解决了检测和整流的要求，在当时是一个重大突破。不过还是有提升空的余地。
Deforest 1906年，美国科学家deforest在真空二极管管中巧妙地加了一个栅板(“栅极”)，发明了真/三极管[/k0/]。
当deforest发明的三极管电压为正时，会从阴极吸引更多的电子。大部分电子穿过栅极到达阳极，会大大增加阳极上的电流。
如果栅极电压为负，阴极上的电子就没有动力去栅极，更不用说到达阳极了。
栅极上的小电流变化会导致阳极上的大电流变化。而且变化波形与栅极电流完全一致。因此，三极管具有信号放大的功能。
一开始三极管是单栅极，后来变成了两块板夹在一起的双栅极，再后来干脆变成了一个整体包裹的栅栏。
围栅
真空三极管的诞生，是电子工业领域的里程碑事件。true 空晶体管的诞生是电子工业领域的一个里程碑。
这个小元件真正实现了以电控电(以前用机械开关控制电，存在频率低、寿命短、易损坏的问题)，用“小电流”控制“大电流”。
它集检测、放大、振荡三种功能于一体，为电子技术的发展奠定了基础。
基于它，我们有了越来越强大的电台、收音机、留声机、电影、电台、雷达、无线电对讲机等等。这些产品的广泛流行改变了人们的日常生活，促进了社会进步。
True 空电子管1919年，德国的肖特基提出了在栅极和正极之间增加帘栅的设想。这个想法是英国的隆德在1926年实现的。这就是后来的四极。后来荷兰的holst和Telegen发明了五极杆。
20世纪40年代，计算机技术的研究达到了高潮。人们发现电子管的单向导通特性可以用来设计一些逻辑电路(如与门或或门)。
所以他们开始将电子管引入计算机领域。当时几乎所有的电子计算机，包括ENIAC(用了18000多个电子管)，都是基于电子管制造的。
Eniac，这里我们简单说一下门电路。
我们在学习计算机基础的时候，一定学过基本的逻辑运算，比如AND、OR、NOT、XOR、XOR、NAND、NOR等。
计算机只知道0和1。它的计算基于这些逻辑运算规则。
比如2+1，二进制是0010+0001，等于0011，也就是3。
实现这些逻辑门功能的电路就是逻辑门电路。单向导电电子管(true 空管)可以构成各种逻辑门。
比如下面的或门和与门。
a和b是输入，f是输出
█晶体管
随着电子管的迅速发展和应用，人们逐渐发现这种产品有一些缺点:
一方面电子管容易损坏，故障率高；另一方面，电子管需要加热，大量的能量浪费在加热上，也带来了极高的功耗。
于是，人们开始思考——有没有更好的方法来实现电路的检测、整流和信号放大？
当然有方法。这时候就会出现一种很棒的材料，就是-
半导体
。
半导体的萌芽
我们将继续前进，回到更早的18世纪。
1782年，意大利著名物理学家亚历山德罗·伏打发现，固体物质大致可以分为三种:
第一，金、银、铜、铁等金属导电性很强，称为导体；
二是木材、玻璃、陶瓷、云母等材料。不导电的称为绝缘体；
第三种在导体和绝缘体之间，会慢慢放电。
第三种材料的奇妙特性，伏特将其命名为“半导体性质”，即“半导体特性”。这是人类历史上第一次出现“半导体”一词。
在亚历山德罗·伏特之后，许多科学家有意无意地发现了一些半导体特性。例如:
1833年，迈克尔·法拉第发现硫化银温度升高，电阻会降低(半导体的热敏性)。
1839年，法国科学家亚历山大·贝克雷尔(Alexandre Bekkerel)发现，光可以在某些材料的两端产生电位差(半导体的光伏效应)。
1873年，威洛比·史密斯发现，在光的照射下，硒材料的导电性会增加(半导体的光电导效应)。
当时没有人能解释这些现象，也没有引起太多关注。
1874年，德国科学家卡尔·费迪南德·布劳恩发现了天然矿石(金属硫化物)的单向导电特性。这是一个巨大的里程碑。
卡尔·布劳恩(Karl Braun)1906年，美国工程师格林利夫·惠蒂尔·皮卡德(Greenleaf Whittier Pickard)发明了著名的基于黄铜矿石晶体的
矿石探测器，又称“猫胡子探测器”(探测器上有一个探头，看起来像猫的胡子，因此得名)。
矿石探测器矿石探测器是最早的半导体器件。它的出现是对半导体材料的一次“小测试”。
虽然也有一些缺陷(品控不好，工作不稳定，因为矿石纯度不高)，但却有力的推动了电子技术的发展。当时，基于矿石探测器的无线电接收器促进了广播和无线电报的普及。
能带理论的出现
人们使用矿物探测器，但仍然不能理解它的工作原理。在接下来的30年里，科学家们反复思考——为什么会有半导体材料？为什么半导体材料可以实现单向导电？
早期很多人甚至怀疑半导体材料是否真的存在。著名物理学家泡利曾经说过:“人们不应该研究半导体。这是一个肮脏的烂摊子。谁知道有没有半导体？”
后来随着量子力学的诞生和发展，半导体的理论研究终于有了突破。
1928年，德国物理学家、量子力学的创始人之一马克斯·卡尔·恩斯特·路德维希·普朗克(Max Karl Ernst Ludwig Planck)在量子力学应用于金属导电的研究中，首次提出了固体能带理论。
量子理论之父普朗克认为，在外电场的作用下，半导体传导可分为“空空穴”传导(即P型传导)和电子传导(即N型传导)。半导体很多奇怪的特性都是由“空空穴”和电子决定的。
后来，能带理论进一步完善，系统地解释了导体、绝缘体和半导体的本质区别。
我们先简单了解一下能带理论。
大家在中学物理学过，物体是由分子和原子组成的，原子的外层是电子。
当固体的原子靠得很近时，电子就会混合在一起。量子力学认为，电子不能停留在一个轨道上，会“撞车”。结果，轨道突然分裂成几条细细的轨道。
在量子力学中，这种精细轨道叫做能级。而由多个薄轨道组成的宽轨道称为能带。
两个能带中，下面的是价带，上面的是导带，中间的是禁带。价带和导带之间有一个禁带。禁带的距离就是带隙(带隙)。
电子在很宽的轨道上运动，宏观上是导电的。电子太多，挤在一起动不了，宏观不导电。
有些全轨道非常接近空轨道，所以电子很容易从全轨道跑到空轨道，自由运动。这是售票员。
两个轨道相距太远，空间隙太大，电子跑不过去，没有办法导电。但是，如果从外界加入一种能量，就可以改变这种状态。
如果带隙在5电子伏(5ev)以内，如果给电子施加一个额外的能量，电子就可以完成穿越，自由移动，也就是导电。这属于半导体。(硅的带隙约为1.12电子伏，锗的带隙约为0.67电子伏。)
如果带隙超过5电子伏(5ev)，正常情况下电子无法穿越，所以属于绝缘体。如果外界加了很多能量，也可以强行帮它穿越。比如空气体是绝缘体，但是高压电也可以击穿空气体形成电流。)
值得一提的是，我们现在经常听到的“宽带隙半导体”，是包括碳化硅(SiC)、氮化镓(GaN)、氧化锌(ZnO)、金刚石、氮化铝(AlN)在内的第三代半导体材料。
它们的优点是带隙大(>:2.2ev)、击穿电场高、热导率高、抗辐射能力强、发光效率高、频率高，可用于高温、高频、抗辐射、大功率器件，是行业目前发展的方向。
前面我们提到了电子和空空穴。半导体中有两种载流子:自由电子和空空穴。每个人都熟悉自由电子。什么是空点？
空点也叫电子空穴。
在室温下，由于热运动，价带顶端少量高能电子可能越过禁带，被提升到导带，成为“自由电子”。
电子跑掉后，留下一个洞。剩下的没有被提升的电子可以进入这个“空穴”，从而产生电流。注意到空空穴本身是不动的，但是空空穴的“空穴填充”过程产生了正电荷流动效应，所以也被视为载流子。
1931年，英国物理学家查尔斯·托马森·里斯·威尔逊根据能带理论提出了半导体的物理模型。
1939年，苏联物理学家ас达维多夫(асдавыдов)、英国物理学家内维尔·弗朗西斯·莫特和德国物理学家沃尔特·肖特基(в)。达维多夫首先认识到了半导体中少数载流子的作用，而肖特基和莫特提出了著名的“扩散理论”。
基于这些大佬的贡献，逐渐奠定了半导体基础理论大厦的基石。
晶体管的诞生
矿石探测器诞生后，科学家发现这种探测器的性能与矿石的纯度有很大关系。矿石纯度越高，检波器的性能越好。
因此，许多科学家研究了矿石材料(如硫化铅、硫化铜、氧化铜等)的提纯。)，净化工艺也不断完善。
20世纪30年代，贝尔实验室的科学家拉塞尔·舒梅克·奥尔(Russell Shoemaker Ohl)提出，由纯化晶体材料制成的探测器将完全取代电子二极管。要知道，当时电子管处于绝对的市场主导地位。)
同时也是现代太阳能电池之父的拉塞尔·奥尔(Russell Orr)对100多种材料逐一进行了测试。他认为硅晶体是制作地震检波器最理想的材料。为了验证自己的结论，在同事杰克·斯卡夫(Jack Scaff)的帮助下，他提炼出了一种高纯度的硅晶体聚变体。
因为贝尔实验室没有切割硅晶体的能力，奥尔把这个融合体送到珠宝店，切割成不同大小的晶体样品。
没想到其中一个样品，经过光照后，一端显示为正，另一端显示为负，Orr分别命名为P区和N区。就这样，奥尔发明了世界上第一个半导体pn结(P–N结)。
二战期间，AT &t的西部电气公司已经制造了许多基于纯化半导体晶体的硅晶体二极管。这些二极管体积小，故障率低，大大提高了盟军雷达系统的工作性能和可靠性。
奥尔发明PN结和硅晶体二极管的优异性能，坚定了贝尔实验室发展晶体管技术的决心。
1945年，贝尔实验室的威廉姆·肖克利在与罗素·奥尔交流后，根据能带理论绘制了P型和N型半导体的能带图，并在此基础上提出了“场效应假设”。
肖克利的场效应假设假设硅片的内部电荷可以自由移动。如果硅片足够薄，在外加电压的作用下，硅片中的电子或空空穴会浮现在表面，大大提高硅片的导电性，从而达到电流放大的效果。
根据这个想法，1947年12月23日，贝尔实验室的约翰·巴丁和沃尔特·布拉顿制造了世界上第一台半导体晶体管放大器。就是下面这个看起来很奇怪很简单:
世界上第一个晶体管（基于锗半导体）
晶体管的电路模型
根据实验记录，这个晶体管可以实现“电压增益 100，功率增益 40，电流损失 1/2.5……”，表现非常出色。世界上第一个晶体管(基于锗半导体)根据实验记录，这种晶体管可以实现“电压增益100，功率增益40，电流损耗1/2.5……”，而且表现非常好。
在命名时，巴丁和布拉顿认为这种器件能够放大信号是因为它的电阻转换特性，即信号从“低阻输入”变为“高阻输出”。所以他们把它命名为跨阻。后来，它被缩写为译者。
多年以后，我国著名科学家钱学森将其翻译成中文为:晶体管。
我总结一下，半导体特性是一种特殊的导电性(受外界因素影响)。具有半导体特性的材料称为半导体材料。硅和锗是典型的半导体材料。
微观上，按照一定规律排列整齐的物质叫做晶体。硅晶体有单晶、多晶和非晶。
晶体形貌决定能带结构，能带结构决定电学特性。因此，作为半导体材料，硅(锗)晶体具有如此大的应用价值。
二极管、三极管和四极管就是根据这个函数命名的。电子管(真空管)和晶体管(硅晶体管和锗晶体管)原则上命名。
巴丁和布拉顿发明的晶体管其实应该叫点接触晶体管。从下图可以看出，这个设计太简单了。虽然实现了放大功能，但结构脆弱，对外界振动敏感，制造困难，无法商业化应用。
肖克利看到了这个缺陷，开始研究新的晶体管设计。1948年1月23日，经过一个多月的努力，肖克利提出了一种三层结构的新型晶体管模型，并命名为结型晶体管。
肖克利的结式晶体管设计
帮助肖克利完成最终成品制作的，是摩根・斯帕克（Morgan Sparks）和高登・蒂尔（Gordon
Kidd Teal）。肖克利的结晶体管设计帮助肖克利完成了最终产品，由摩根·斯帕克斯和戈登基德·蒂尔制作。
需要特别提到这位戈登·泰尔。
他发现用单晶半导体代替多晶可以带来显著的性能提升。而且是他发现了直拉法可以用来提纯金属单晶。这种方法一直沿用至今，是半导体行业最重要的单晶制造方法。
晶体管的诞生对人类科技的发展具有重大意义。
它具有电子管的能力，但克服了电子管体积大、能耗高、放大倍数小、寿命短、成本高等所有缺点。从它诞生的那一刻起，就决定了它将完全取代电子管。
正在生产晶体管的工人在无线通讯领域，晶体管和电子管一样，可以发射、探测和放大电磁波。在数字电路领域，晶体管也可以更方便地实现逻辑电路。为电子工业的快速发展奠定了坚实的基础。
晶体管家族
█集成电路
晶体管的出现使电路小型化成为可能。
1952年，英国皇家雷达研究所的著名科学家杰弗里·杜默在一次会议上指出:
“随着晶体管的出现和对半导体的全面研究，似乎可以想象未来的电子设备将是一个没有连接线的固体部件。”
1958年8月，德州仪器公司的新员工基尔比发现，由许多器件组成的微小微电路可以制作在单个芯片上。换句话说，可以在硅片上制作不同的电子器件(如电阻、电容、二极管、三极管)，然后用细线连接起来。
不久后的9月12日，kilby成功制造出一个长7/16英寸、宽1/16英寸的锗芯片电路，这也是世界上第一个
集成电路。
该电路是一个带RC反馈的单晶体管振荡器。整个电路粘在一个载玻片上，看起来非常简单。电路的元件由杂乱的细线连接。
在基尔比发明集成电路的同时，另一个人也在这一领域取得了突破。这个人就是后来创立英特尔的飞兆半导体公司的罗伯特·诺顿·诺伊斯。
仙童是硅谷“八大叛徒”联合创办的公司(见:仙童传奇)，在半导体技术方面实力雄厚。
“八大叛徒”之一的让·阿梅德·霍尼发明了非常重要的平面工艺。
这个工艺就是在硅片上加一层氧化硅作为绝缘层。然后，在这个绝缘氧化硅层上制作一个孔，用铝膜连接硅扩散技术制作的器件。
平面技术的诞生使飞兆半导体能够制造尺寸极小的高性能硅晶体管，也使集成电路中的器件连接成为可能。
1959年1月23日，诺伊斯在他的工作笔记中写道:
“在同一块硅片上制作各种器件，用平面技术把它们连接起来，就可以制造出多功能的电子电路。这项技术可以降低电路的尺寸、重量和成本。”
当诺伊斯得知基尔比已经申请了集成电路专利时，诺伊斯非常后悔，认为为时已晚。然而，他很快发现，基尔比的发明其实是有缺陷的。
基尔比的集成电路都是飞线连接，无法进行量产，缺乏实用价值。
诺伊斯的愿景是:
电子设备的所有电路和元件都被制成母版，然后雕刻在硅片上。这个硅片一旦刻好，就是所有的电路，可以直接用来组装产品。此外，蒸发沉积金属的方法可以替代热焊丝，彻底消除飞丝。
飞兆半导体的硅晶体集成电路1959年7月30日，诺伊斯根据自己的想法申请了一项专利:“半导体器件——导线结构”。
严格来说，诺伊斯的发明更接近现代集成电路。诺伊斯的设计基于硅衬底平面工艺，基尔比的设计基于锗衬底扩散工艺。诺伊斯依靠飞兆的硅技术优势，电路确实比基尔比先进。
1966年，法院最终决定授予基尔比集成电路思想(混合集成电路)的发明权，授予诺伊斯封装成芯片的集成电路(真正的集成电路)的发明权和今天使用的制造工艺。
基尔比被誉为“第一个集成电路的发明者”，而诺伊斯则是“提出适合工业化生产的集成电路理论”的人。
1960年3月，基于杰克·基尔比的设计，德州仪器正式推出世界上第一款商用集成电路产品——502型硅双稳态多谐振二进制触发器，销售价格为450美元。
集成电路诞生后，最早的应用是在军事领域(当时是冷战最敏感的时期)。
1961年，美国空陆军推出了第一台由集成电路驱动的计算机。1962年，美国人在民兵的制导系统中使用了集成电路。
后来著名的阿波罗登月计划购买了数百万的集成电路，使得德州仪器和飞兆公司赚得盆满钵满。
军用市场的成功促进了民用市场的扩大。1964年，真力时将集成电路应用于助听器，这是集成电路在民用领域的首次落地。
之后的故事大家应该都不陌生。在材料、技术和制造工艺的共同努力下，集成电路中晶体管的数量不断增加，性能不断提高，成本逐渐降低。我们已经进入了摩尔定律的时代。
摩尔定律:一个集成电路可以容纳的晶体管数量每18个月就会翻一番，性能也会翻一番。基于集成电路的大规模和超大规模集成电路为半导体存储和微处理器的出现铺平了道路。
1970年，英特尔推出了世界上第一个DRAM(动态随机存取存储器)集成电路1103。次年，他们推出了世界上第一个可编程运算芯片——Intel 4004，包括运算器和控制器。
IT技术的黄金时代正式开始了。
█晶体管的发展
我们回过头再来说说晶体管。
自从晶体管问世以来，其形状经历了许多重大变化。总的来说是从双极型到单极型。单极型，从FET到MOSFET。从结构上看，是从PlanarFET到FinFET，再到GAAFET。
缩写很多而且比较接近，很容易晕。大家耐心点，一个一个看。
双极、单极
肖克利在1948年发明的结型晶体管被称为双极结型晶体管(BJT)，因为它使用空空穴和电子导电。
BJT晶体管有两种结构形式:NPN和PNP:
我们可以看到，BJT晶体管是由半导体衬底上两个非常接近的PN结组成的。两个PN结把整个半导体分成三部分，中间部分是基极，两边是发射极和集电极。
BJT晶体管的工作原理比较复杂，现在很少使用。限于篇幅，就不多介绍了。本质上，这种晶体管的主要作用是通过基极微小的电流变化，使集电极产生较大的电流变化，起到放大作用。
前面小枣君提到了逻辑电路。二极管和BJT晶体管的组合称为DTL(二极管晶体管逻辑)电路。后来出现了全由晶体管构建的TTL(晶体管-晶体管逻辑)电路。
BJT晶体管具有工作频率高、驱动能力强的优点。但是，它也有一些缺点，如高功耗和低集成度。它的制造工艺也比较复杂，使用平面技术也有一些弊端。
然后随着时间的推移，新的晶体管开始出现，那就是场效应晶体管(FET)。
1953年，贝尔实验室的伊恩·罗斯和乔治·戴西合作制造了世界上第一个结型场效应晶体管(JFET)原型。
JFET(结型场效应晶体管)是一种N沟道JFET，是一种具有三端结构的半导体器件，包括源极、漏极和栅极。
JFET被分为N沟道JFET和P沟道JFET。前者是N型半导体，两边有两个P型半导体(如上图)。后者是P型半导体，两侧有两个N型半导体。
JFET的工作原理简单来说就是通过控制栅极G和源极S之间的电压(图中的VGS)和漏极D和源极S之间的电压(图中的VDS)来控制栅极和沟道之间的PN结，从而控制耗尽层。
耗尽层越宽，沟道越窄，沟道电阻越大，能通过的漏电流(图中ID)越小。沟道被耗尽层完全覆盖的状态称为夹断状态。
JFET晶体管工作时，只需要一个载流子，所以被称为单极晶体管。
1959年，一种新的晶体管诞生了，那就是著名的MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。
它的发明者是埃及科学家穆罕默德·阿塔拉(后改名为马丁
阿塔拉)和韩国科学家道恩·康(又译姜大源)。
MOSFET也是由源极、漏极和栅极组成。“MOS”中的“m”表示栅极最初是用金属实现的。“O”表示栅极通过氧化物与衬底隔离。“S”表示整个MOSFET由半导体实现。
MOSFET晶体管，也称为IGFET(绝缘栅FET)。
MOSFET(N型)，MOSFET晶体管，也分为“N型”和“P型”，即NMOS和PMOS。按操作类型也可分为强化型和耗尽型。
以N型MOS(更常用)为例。以p型硅半导体材料为衬底，在其表面扩散两个N型区，然后在其上覆盖一层二氧化硅(SiO2 _ 2)绝缘层。最后，在N区上方，通过蚀刻形成两个孔。通过金属化在绝缘层上和两个孔中制作三个电极，G(栅极)、S(源极)和D(漏极)。
P型硅衬底具有通过引线连接到源电极S的端子(b)。
MOSFET的工作原理很简单:
在正常情况下，由于载流子的自然复合，在N区和衬底P之间会形成一个中性耗尽区。
给栅极提供直流电压后，P区的电子会在电场的作用下聚集在栅极氧化硅下面，形成一个电子多的区域，即沟道。
现在，如果在漏极和源极之间加一个电压，电流就会在源极和漏极之间自由流动，就实现了导通状态。
栅极G类似于用于控制电压的栅极。如果向栅极G施加电压，栅极将打开，电流可以从源极S流向漏极D..当电网上的电压移除时，栅极关闭，电流无法通过。
特别是1967年，姜大源和中国科学家石民共同发明了“浮栅MOSFET”结构，奠定了半导体存储技术的基础。后来全是闪存，FLASH，EEPROM等。都是基于这项技术。
刚刚介绍了BJT，JFET和MOSFET。我先画个图吧。我们不要混淆:
1963年，飞兆半导体的Frank Wanlass和Chih-Chih-Tang Sah(中国人)首次提出CMOS晶体管。
他们将PMOS和NMOS晶体管结合起来，连接成一个互补的结构，几乎没有静态电流。这也是CMOS晶体管“C(互补)”的由来。
CMOS最大的特点是功耗远低于其他类型的晶体管。随着摩尔定律的不断发展，集成电路中晶体管的数量越来越多，使得对功耗的需求也越来越大。基于低功耗的特点，CMOS已经成为主流。
今天，超过95%的集成电路芯片是基于CMOS技术制造的。
换句话说，从20世纪60年代开始，晶体管的核心架构原理已经基本定型。以CMOS、硅(硅的自然存量远超锗，耐热性优于锗，所以成为主流)和平面工艺为代表的集成电路生态支撑了整个行业几十年的高速发展。
平面场效应晶体管、鳍式场效应晶体管、砷化镓场效应晶体管
虽然核心架构的原理没变，但是形式变了。
集成电路在不断升级，工艺和流程也在不断进化。当晶体管数量达到一定规模时，工艺会迫使晶体管“变形”以适应发展的需要。
早期的晶体管主要是
planar fet]
S2/]。
随着晶体管的尺寸越来越小，栅极的长度也越来越短，源漏之间的距离也逐渐接近。
当制造工艺(也就是我们现在常说的7nm、3nm，一般是指栅极的宽度)小于20nm时，麻烦就来了:MOSFET的栅极很难关闭电流通道，躁动的电子无法阻挡，漏电频繁，功耗变高。
为了解决这个问题，1999年，美籍华人科学家胡正明教授正式发明了
FinFET
。
与PlanarFET的平面设计相比，FinFET直接变成了3D设计和三维结构。
它的电流通道变成了一个像鳍一样的垂直薄片，三面被一个网格夹住。这样就有了比较强的电场，提高了控制通道的效率，可以更好的控制电子是否可以通过。
技术不断发展，到了5nm，FinFET就不行了。这时候就有
GAAFET
了。
GAAFET的英文全称是Gate-All-Around FET。与FinFET相比，GAAFET把栅极和漏极从鳍片变成了“小棍子”，垂直穿过栅极。
这样，从三个接触面到四个接触面，还分成几个四个接触面，栅极对电流的控制力进一步提高。
韩国三星公司还设计了另一种形式的GAA ──MBCFET(多桥沟道场效应晶体管)。
MBCFET使用多层纳米片代替GAA中的纳米线，更宽的片结构增加了接触面，在保留原有所有优点的同时，也最大限度地降低了复杂度。
目前，业界各大芯片公司仍在深入研究晶体管的形态升级，以寻找更好的创新，支撑未来芯片技术的发展。
█结论[/s2/]
好了，我终于完成了。我累坏了。这里能看到的都是真爱。
一般来说，电子管(真空管)和晶体管都是用电来控制电的小元件。晶体管是基于半导体材料的，所以可以做得足够小。这就是芯片(集成电路)能做到“体积极小，能力极大”的原因。
半导体材料的特性和晶体管的作用看起来很简单。正是数以亿计的这些简单的“小玩意”，支撑着人类数字技术的发展，推动着我们走向数字智能时代。
下期，小早君再和你聊聊:
芯片到底是怎么做出来的？
IDM模式和无晶圆厂模式是什么意思？
芯片里这么多晶体管是怎么连接的？
敬请期待！
参考资料:
1.《半导体简史》，和范，机械工业出版社；
2.“什么是芯片？”、克劳斯、知乎；
3.“什么是芯片？什么是IC？什么是半导体？”，下一个大喵，知乎；
4.《小小芯片改变了我们的生活》，魏少军；
5、《对半导体工艺FinFET的一点认识》，舒歌谭鑫，知乎。
6.百度百科和维基百科。
本文来自微信微信官方账号:鲜枣课堂(ID: xzclasscom)，作者小枣君。
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