Germanium- ja piipuolijohteet Muokkaa
Mohamed Atalla kehitti pintapassivointiprosessin vuonna 1957 ja MOS-transistorin vuonna 1959.
Ensimmäinen piipuolijohdekomponentti oli yhdysvaltalaisen insinöörin Greenleaf Whittier Pickardin vuonna 1906 kehittämä piiradiokideilmaisin. Vuonna 1940 Russell Ohl löysi p-n-liitoksen ja valosähköiset vaikutukset piissä. Vuonna 1941 kehitettiin tekniikoita erittäin puhtaiden germanium- ja piikiteiden tuottamiseksi toisen maailmansodan aikaisia tutkan mikroaaltoilmaisimia varten. Vuonna 1955 Carl Frosch ja Lincoln Derick Bell Labsissa havaitsivat vahingossa, että piidioksidia (SiO2) voitiin kasvattaa piin päällä, ja he ehdottivat myöhemmin, että tällä voitaisiin peittää piin pinnat diffuusioprosessien aikana vuonna 1958.
Puolijohdeteollisuuden alkuvuosina 1950-luvun loppupuolelle asti germanium oli hallitseva puolijohdemateriaali transistoreissa ja muissa puolijohdekomponenteissa piin sijasta. Germaniumia pidettiin aluksi tehokkaampana puolijohdemateriaalina, koska se pystyi osoittamaan parempaa suorituskykyä suuremman kantajien liikkuvuuden ansiosta. Varhaisten piipuolijohteiden suhteellisen heikko suorituskyky johtui siitä, että sähkönjohtavuutta rajoittivat epävakaat pintakvanttitilat, joissa elektronit jäävät pintaan vangiksi, koska pinnalla esiintyvien tyydyttymättömien sidosten vuoksi syntyy roikkuvia sidoksia. Tämä esti sähköä tunkeutumasta luotettavasti pintaan ja pääsemästä puolijohtavaan piikerrokseen.
Pii-puolijohdeteknologian läpimurto tapahtui egyptiläisen insinöörin Mohamed Atallan työn myötä, kun hän kehitti pinnan passivointiprosessin lämpöhapettamalla Bell Labsissa 1950-luvun lopulla. Hän havaitsi, että termisesti kasvatetun piidioksidikerroksen muodostuminen vähensi huomattavasti elektronisten tilojen pitoisuutta piin pinnalla ja että piioksidikerroksia voitaisiin käyttää piipintojen sähköiseen stabilointiin. Atalla julkaisi havaintonsa ensin Bellin muistioissa vuoden 1957 aikana ja demonstroi ne sitten vuonna 1958. Tämä oli ensimmäinen demonstraatio, jossa osoitettiin, että korkealaatuisia piidioksidieristekalvoja voitiin kasvattaa termisesti piin pinnalle suojaamaan alapuolella olevia piin p-n-liitäntäisiä diodeja ja transistoreita. Atallan pintapassivointiprosessin ansiosta pii pystyi ylittämään germaniumin johtavuuden ja suorituskyvyn ja johti siihen, että pii korvasi germaniumin hallitsevana puolijohdemateriaalina. Atallan pintapassivointiprosessia pidetään tärkeimpänä edistysaskeleena piipuolijohdeteknologiassa, joka tasoitti tietä piipuolijohdekomponenttien massatuotannolle. 1960-luvun puoliväliin mennessä Atallan prosessia piipintojen hapettamiseksi käytettiin käytännössä kaikkien integroitujen piirien ja piilaitteiden valmistukseen.
MOSFET (MOS-transistori)Muokkaa
MOSFET:n (MOS-transistori) keksivät Mohamed Atalla ja Dawon Kahng vuonna 1959.
Mohamed Atalla hyödynsi 1950-luvun lopulla pinnan passivointi- ja lämpöhapetusmenetelmiään kehittäessään metalli-oksidi-puolijohde (MOS) -prosessia, jonka avulla hänen ehdotuksensa mukaan pystyttiin rakentamaan ensimmäinen toimiva piin kenttä-efektitransistori. Tämä johti siihen, että Mohamed Atalla ja Dawon Kahng keksivät MOSFET-transistorin (MOS-kenttäefektitransistori) vuonna 1959. Se oli ensimmäinen todella pienikokoinen transistori, jota voitiin pienentää ja valmistaa massatuotantona monenlaisia käyttötarkoituksia varten. Skaalautuvuutensa, paljon pienemmän virrankulutuksensa ja suuremman tiheytensä ansiosta MOSFET:stä tuli yleisin transistorityyppi tietokoneissa, elektroniikassa ja tietoliikennetekniikassa, kuten älypuhelimissa. Yhdysvaltain patentti- ja tavaramerkkivirasto kutsuu MOSFETiä ”uraauurtavaksi keksinnöksi, joka muutti elämää ja kulttuuria kaikkialla maailmassa”.
CMOS-prosessin (complementary MOS) kehittivät Chih-Tang Sah ja Frank Wanlass Fairchild Semiconductorissa vuonna 1963. Ensimmäisen raportin kelluvan portin MOSFET:stä tekivät Dawon Kahng ja Simon Sze vuonna 1967. FinFET:n (fin field-effect transistor), eräänlaisen 3D-moniporttisen MOSFET:n, kehittivät Digh Hisamoto ja hänen tutkijaryhmänsä Hitachi Central Research Laboratory’ssa vuonna 1989.