场效应晶体管（FET）的百年发展历程 - 文章核心观点：场效应晶体管（FET）的概念于1925年由尤利乌斯·埃德加·利连菲尔德发明，但其从原理提出到最终实现并走向实用化，经历了长达约35年的曲折历程，期间半导体物理、材料纯度和关键结构（如PN结、肖特基结）的发现与技术进步起到了决定性作用 [1][4][11][32] FET的早期概念与发明 - 1925年，德国物理学家尤利乌斯·埃德加·利连菲尔德发明了金属半导体场效应晶体管（MES FET），其结构以铝箔为栅极，硫化铜（Cu₂S）为源极、漏极和沟道 [5][7] - 1928年，利连菲尔德进一步发明了金属氧化物半导体场效应晶体管（MOS FET），使用氧化铝薄膜（Al₂O₃）作为栅极绝缘膜 [8] 实现FET面临的核心挑战 - 早期半导体材料纯度极低，缺陷和杂质多，导致无法精确测量和控制材料特性 [11] - 半导体内部存在大量电荷，难以像真空管那样通过栅极电压有效控制电流，需要在半导体内部创建类似“真空”的极低电荷区域 [11] - 半导体表面存在的表面态电荷会屏蔽栅极电场，阻碍其对半导体内部电荷的控制，这一问题在1946年被约翰·巴丁指出 [22] 关键技术与结构的突破 - 1939/1940年，贝尔电话实验室的罗素·舒梅克·奥尔发现了PN结，其交界处形成的“耗尽层”是一个无电荷区域，为控制电流提供了关键结构 [18] - 1938年，德国西门子公司的沃尔特·肖特基提出了肖特基结理论，解释了金属-半导体接触面的整流原理，其接触面半导体侧也会形成极薄的无电荷区域（耗尽层） [19][20] - 1958年，贝尔电话实验室的马丁·阿塔拉开发了硅表面热氧化生成二氧化硅（SiO₂）薄膜的技术，该薄膜可作为MOS FET的栅极绝缘层，稳定硅表面 [27] 从双极晶体管到实用FET的演进 - 1947年12月，贝尔电话实验室的约翰·巴丁和沃尔特·H·布拉顿制造出世界上第一个实用的“点接触型”晶体管（结型晶体管） [13] - 1948年1月，威廉·肖克利提出了双极结型晶体管（BJT） [15] - 20世纪50年代，硅单晶生长、杂质掺杂、光刻等双极晶体管技术的发展，为后续MOS FET的实现奠定了基础 [21] - 1953年，威廉·肖克利与沃尔特·L·布朗制造出结型场效应晶体管（JFET）原型 [24] - 1959年，贝尔电话实验室的Dawon Kahng和Martin Atala发明了MOS场效应晶体管，并于1960年在学术会议上展示 [29][30] 发展阶段的划分 - 岩井博教授将FET的百年（1925-2025）划分为两个时期：前45年（1925-1970）为“循序渐进的时期”，是在未知道路上的探索；后55年（1970-2025）为“成功故事的时期”，以“规模定律”和“摩尔定律”为标志 [4]