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Nov 17, 2023

MOS 트랜지스터의 간략한 역사, 3부: Frank Wanlass

1960년대 초 반도체 회사들이 MOSFET 개발에 많은 에너지를 투자하는 것을 꺼렸다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 초기 MOSFET은 바이폴라 트랜지스터보다 100배 느렸습니다.

1960년대 초 반도체 회사들이 MOSFET 개발에 많은 에너지를 투자하는 것을 꺼렸다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. 초기 MOSFET은 바이폴라 트랜지스터보다 100배 느리고 불안정하다고 간주되었습니다. 그 이유는 전기적 특성이 시간과 온도에 따라 심하게 ​​예측할 수 없게 드리프트되었기 때문입니다. MOSFET을 신뢰할 수 있는 전자 부품으로 변환하려면 많은 연구 개발 작업이 필요합니다. 그러나 Fairchild Semiconductor가 Frank Wanlass를 고용했을 때 MOSFET이 챔피언을 찾았습니다. Wanlass는 어떤 회사가 아닌 MOSFET에 전념했습니다. 그는 MOSFET의 개발을 촉진하기 위해 어디든 가서 그가 할 수 있는 모든 일을 했습니다. 그는 언제 어디서나 자유롭게 MOSFET 씨앗을 심는 MOS(금속산화막 반도체) 기술의 Johnny Appleseed가 되었습니다.

Fairchild는 University of Utah에서 물리학 박사 학위를 받은 후 1962년 8월 Wanlass를 고용했습니다. 그는 고체물리학 박사학위를 공부하는 동안 RCA의 박막 황화카드뮴(CdS) FET 관련 연구를 읽고 MOS 기술에 관심을 가지게 되었습니다. FET 장치 구조의 단순함에 처음에는 흥미를 느꼈고 나중에는 사로잡혔습니다. 그는 FET의 단순한 구조로 인해 많은 FET가 반도체 다이에 들어갈 수 있다는 것을 깨달았고 이러한 장치를 사용하여 복잡한 집적 회로(IC)를 구축하는 것을 구상했습니다. 그러나 RCA의 박막 CdS FET는 너무 불안정했습니다. 몇 시간 동안 선반 위에 놓아두어도 전기적 특성이 극적으로 변했습니다. Wanlass는 CdS 대신 실리콘으로 FET를 만들면 파라메트릭 드리프트 문제가 해결될 것이라고 생각했습니다. 알고 보니 그는 틀렸다. 반도체 FET는 MOS 제조 공정을 충분히 세척하여 FET 파라메트릭 드리프트를 유발하는 오염 물질을 제거할 수 있을 때까지 수년 동안 드리프트 문제를 겪었습니다.

Wanlass가 Fairchild의 Gordon Moore 연구 및 개발 그룹에 합류했을 때 회사는 신입 박사 학위 직원이 자신이 수행하고 싶은 모든 프로젝트에 참여할 수 있도록 하는 정책을 갖고 있었습니다. Wanlass는 Moore의 부서가 MOSFET을 만드는 데 특별히 관심이 없었음에도 불구하고 MOSFET에 집중하기로 결정했습니다. 그러나 Moore의 부서는 MOS 처리에 지대한 관심을 갖고 있었습니다. 이는 Fairchild가 바이폴라 트랜지스터와 IC를 만드는 데 사용했던 Jean Hoerni의 평면 제조 공정의 기본 구조이자 특성이었기 때문입니다. 평면 프로세스에 대한 이해가 향상되고 프로세스 기술이 개선되면 페어차일드의 바이폴라 트랜지스터 및 집적 회로 제조 능력이 더욱 향상될 것입니다.

Wanlass는 MOS 프로세스의 특성을 연구하거나 분석하는 데 관심이 없었습니다. 그는 개별 MOSFET을 제조하고, MOSFET으로 IC를 구축하고, 이러한 장치를 사용하여 시스템 수준 회로를 설계하여 부품에 대한 수요를 키우고 싶었습니다. 다음 해에 그는 정확히 그 일을 했습니다. 6개월도 채 안 되어 Wanlass는 평면 공정을 사용하여 실리콘으로 개별 p채널 및 n채널 MOSFET을 설계하고 제작했습니다. 모든 p-채널 장치는 심각한 파라메트릭 드리프트를 보인 반면, n-채널 장치는 전혀 작동하지 않았습니다. 그는 p-채널 장치를 커브 트레이서에 넣고 담배 라이터로 가열하여 파라메트릭 드리프트를 테스트했습니다. 그런 다음 그는 MOSFET을 사용하여 플립플롭 IC를 설계하고 제작했으며 80%가 넘는 놀라운 웨이퍼 수율을 달성했습니다. 그는 MOSFET의 극도로 높은 입력 임피던스를 활용한 전류계를 포함한 MOSFET용 응용 회로를 개발했습니다.

그 과정에서 Wanlass와 그의 매니저인 CT Sah는 하나의 실리콘 다이에 p채널과 n채널 MOSFET을 결합한 CMOS 회로에 대한 아이디어에 대한 특허를 취득했습니다. CMOS는 현재 제조되는 거의 모든 IC의 기본 트랜지스터 기술입니다. (참고: Sah는 CMOS의 단독 발명자로 기재되는 경우가 많지만, Wanlass의 관리자였기 때문에 그의 이름이 특허에 기재되어 있으며, 특허 출원서에는 발명자와 함께 관리자를 기재하는 것이 관례였습니다.)

1963년 초, Gordon Moore는 MOS 공정 기술을 보다 철저하게 분석하기 위해 더 많은 인력을 고용하기 시작했습니다. 그러나 그는 MOSFET 연구에는 관심이 없었습니다. 그는 단순히 금속-산화물-반도체 평면 공정을 더 잘 이해하여 페어차일드가 더 나은 양극성 트랜지스터와 IC를 만들 수 있기를 원했습니다. 분석팀은 Bruce Deal, Andrew Grove, Ed Snow가 되었습니다. 그들은 공식적인 팀에 배치되지는 않았지만 곧 사무실에서 일상적인 상호 작용을 통해 서로를 발견하고 상호 보완적인 업무를 수행하게 되었습니다. Deal은 산화 및 표면 상태에 대해 연구했습니다. Snow는 MOS 일시적인 불안정성을 분석했습니다. Grove는 분석을 모델링하는 프로그램을 작성했습니다.