トランジスタは、電気回路に接続するための少なくとも 3 つの端子を持つ半導体デバイスです。一般的な場合、3 番目の端子は他の 2 つの端子間の電流の流れを制御します。これは、ラジオ受信機の場合のように増幅に使用したり、デジタル回路の場合のように高速スイッチングに使用したりできます。トランジスタは、サイズがはるかに大きく、動作にかなりの電力を消費する真空管三極管(熱電子管とも呼ばれる)に取って代わりました。最初のトランジスタは、1947 年 12 月 23 日にニュージャージー州マレーヒルのベル研究所で実証されました。ベル研究所は、アメリカン・テレフォン・アンド・テレグラフ(AT&T) の研究部門でした。トランジスタの発明者として認められている 3 人の人物は、ウィリアム・ショックレー、ジョン・バーディーン、ウォルター・ブラッテンです。トランジスタの導入は、歴史上最も重要な発明の 1 つとみなされることがよくあります。[ 1 ] [ 2 ]
トランジスタは大きく分けて、バイポーラ接合トランジスタ(BJT)と電界効果トランジスタ(FET)の2種類に分類される。 [ 3 ]
電界効果トランジスタの原理は、 1925年にジュリアス・エドガー・リリエンフェルドによって提唱された。[ 4 ]ジョン・バーディーン、ウォルター・ブラッテン、ウィリアム・ショックレーは、 1947年にベル研究所で最初の実用的なトランジスタである点接触トランジスタを発明した。ショックレーは1948年に改良型バイポーラ接合トランジスタを発表し、これは1950年代初頭に生産が開始され、トランジスタの最初の普及につながった。
MOSFETは、1955年から1960年の間にベル研究所で発明されました。フロッシュとデリックが二酸化ケイ素による表面パッシベーションを発見し、その発見を利用して最初のプレーナー型トランジスタ、つまりドレインとソースが同じ表面に隣接している最初のトランジスタを作成したのです。[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ]この画期的な発見により、幅広い用途向けのMOSトランジスタが大量生産されるようになり、プロセッサや固体メモリの基礎となりました。それ以来、MOSFETは歴史上最も広く製造されているデバイスとなっています。

電界効果トランジスタの原理に関する最初の特許[ 11 ]は、オーストリア=ハンガリーの物理学者ユリウス・エドガー・リリエンフェルトによって1925年10月22日にカナダで出願されたが、リリエンフェルトは自身のデバイスに関する研究論文を発表せず、彼の研究は産業界に無視された。1934年、ドイツの物理学者オスカー・ハイル博士が別の電界効果トランジスタの特許を取得した[ 12 ] 。これらのデバイスが実際に製造されたという直接的な証拠はないが、1990年代の後の研究では、リリエンフェルトの設計の1つが説明どおりに動作し、かなりのゲインが得られたことが示された。ベル研究所の特許に関する法的文書によると、ウィリアム・ショックレーとベル研究所の同僚ジェラルド・ピアソンは、リリエンフェルトの特許に基づいて動作可能なバージョンを製作したが、彼らの最終的なトランジスタ設計は異なる原理に基づいていた[ 13 ] 。
ベル研究所のトランジスタに関する研究は、マイクロ波レーダー受信機の周波数ミキサー素子としてレーダー装置で使用される、極めて純度の高いゲルマニウム「結晶」ミキサーダイオードを製造するための戦時中の取り組みから生まれた。パデュー大学で行われたゲルマニウムダイオードに関する並行プロジェクトでは、ベル研究所で使用された高品質のゲルマニウム半導体結晶の製造に成功した。[ 14 ]初期の真空管ベースの回路ではこの役割に十分な速さでスイッチングできなかったため、ベルチームは代わりに固体ダイオードを使用することになった。
戦後、ショックレーは三極管のような半導体デバイスの開発に挑戦することを決意した。彼は資金と実験室を確保し、バーディーンとブラッテンと共にこの問題に取り組み始めた。ジョン・バーディーンは、彼らが観測した「奇妙な」挙動を説明するために、表面物理学として知られる量子力学の新しい分野を開発し、バーディーンとウォルター・ブラッテンは最終的に実用的なデバイスの開発に成功した。
トランジスタ開発の鍵は、半導体における電子移動のメカニズムをより深く理解することにあった。新たに発見されたダイオード(1874年発見、1906年特許取得)のエミッタからコレクタへの電子の流れを制御する方法があれば、増幅器を構築できることが分かった。例えば、単一種類の結晶の両側に接点を設けても電流は流れない。しかし、3つ目の接点から電子や正孔を結晶に「注入」できれば、電流が流れるようになる。
実際にこれを実現するのは非常に困難であるように思われた。結晶がそれなりの大きさになると、注入する必要のある電子(または正孔)の数が非常に多くなり、大きな注入電流が必要となるため、増幅器としての有用性が低下する。とはいえ、結晶ダイオードの基本的な考え方は、結晶自体が非常に短い距離、すなわち空乏層に電子を供給できるという点にあった。鍵となるのは、この空乏層の両側の結晶表面に、入力接点と出力接点を非常に近い位置に配置することであった。
ブラッテン氏はそのような装置の開発に着手し、チームが問題に取り組む中で、増幅の兆候が次々と現れた。システムが一時的に動作しても、予期せず動作しなくなることもあった。ある事例では、動作しなかったシステムが水に入れると動作し始めた。結晶のどの部分でも、電子は周囲の電荷によって移動する。エミッタ、つまりコレクタの「正孔」にある電子は、結晶の表面に集まり、そこで空気中(または水中)に「漂っている」反対の電荷を見つけることができる。しかし、結晶の別の場所から少量の電荷を加えることで、表面から押し出すことができる。大量の電子を注入する必要はなく、結晶の適切な場所にごく少数の電子を加えるだけで同じ効果が得られる。
彼らの理解は、非常に小さな制御領域を必要とするという問題をある程度解決した。共通の、しかし非常に小さな領域で接続された2つの別々の半導体ではなく、1つの大きな表面で済むようになったのだ。エミッタとコレクタのリード線は両方とも上部に非常に近い位置に配置され、制御リード線は結晶のベースに配置される。ベース側のリード線に電流が流れると、電子または正孔が半導体ブロックを横切って押し出され、反対側の表面に集まる。エミッタとコレクタが非常に近い位置にある限り、両者の間に十分な電子または正孔が存在し、伝導が開始されるはずである。
この現象をいち早く目撃した人物の一人が、当時大学院生だったラルフ・ブレイだった。彼は1943年11月にパデュー大学のゲルマニウム研究チームに加わり、金属と半導体の接合部における拡散抵抗を測定するという難題を任された。ブレイは、ゲルマニウム試料の一部に内部高抵抗障壁が存在するなど、数多くの異常を発見した。中でも最も興味深い現象は、電圧パルスを印加した際に観測された極めて低い抵抗値だった。この現象は、1948年まで誰もブレイが少数キャリア注入を観測していたことに気づかなかったため、謎のままだった。この少数キャリア注入こそが、ベル研究所のウィリアム・ショックレーによって発見され、トランジスタの実現につながった現象なのである。
ブレイは次のように書いています。「それが我々が見落としていた唯一の側面でしたが、たとえ少数キャリア注入の概念を理解していたとしても…『ああ、これで我々の効果が説明できる』と言ったでしょう。必ずしも『トランジスタを作り始めよう』と言って工場を開設し、販売するとは限らなかったかもしれません…当時重要なデバイスは高バック電圧整流器でした。」[ 15 ]
ショックレーの研究チームは当初、半導体の導電率を変調することで電界効果トランジスタ(FET)を構築しようと試みたが、表面状態、ダングリングボンド、ゲルマニウムと銅の化合物材料の問題により、主に失敗に終わった。動作するFETを構築できなかった謎の理由を理解しようとする過程で、彼らは代わりにバイポーラ点接触トランジスタと接合トランジスタを発明するに至った。[ 16 ] [ 17 ]

ベルチームは様々なツールを用いてこのようなシステムを構築しようと何度も試みたが、概して失敗に終わった。接点が十分に近接した構成は、初期の猫のひげ検出器と同様に非常に脆く、たとえ動作したとしても短時間しか機能しなかった。しかし、最終的に実用的な突破口が開かれた。三角形のプラスチック製のくさびの端に金箔を接着し、その三角形の先端でカミソリで金箔を切断した。その結果、非常に近接した2つの金接点ができた。このプラスチックを結晶の表面に押し付け、反対側(結晶の底面)に電圧を印加すると、底面の電圧によって電子が底面から反対側の接点付近へと押し出され、電流が一方の接点からもう一方の接点へと流れ始めた。こうして、点接触型トランジスタが発明されたのである。
ウォルター・ブラッテンの研究ノートの1947年12月15日の記述には、「点が非常に近い場合、電圧増幅は約2倍になるが、電力増幅は得られない。この電圧増幅は10~10,000サイクルの周波数に依存しない」とある。[ 18 ]
そして1947年12月16日のメモには、「この2点接点を用いて、90ボルトで陽極酸化処理され、電解液がH2Oで洗い流され、その後金スポットが蒸着されたゲルマニウム表面に接触させた。金接点はむき出しの表面に押し付けられた。表面への両方の金接点はうまく整流した...点間の距離は約4×10−3cmであった。1つの点をグリッドとして、もう1つの点をプレートとして使用した。増幅を得るには、グリッド上のバイアス(DC)を正にする必要があった...プレートバイアスが約15ボルトの場合、電力利得は1.3、電圧利得は15であった」とある。[ 19 ]
ブラッテンとH・R・ムーアは、トランジスタの誕生日とされることが多い1947年12月23日の午後、ベル研究所の同僚や管理職数名の前でデモンストレーションを行った。この実験では、「PNP点接触型ゲルマニウムトランジスタ」が18倍の電力利得を持つ音声増幅器として動作した。1956年、ジョン・バーディーン、ウォルター・ハウザー・ブラッテン、ウィリアム・ブラッドフォード・ショックレーは、「半導体の研究とトランジスタ効果の発見」によりノーベル物理学賞を受賞した。
ベル研究所でトランジスタの発明に直接関わった人物として12人が挙げられている。[ 20 ]
同時に、一部のヨーロッパの科学者は固体増幅器のアイデアに惹かれていた。ドイツの物理学者ヘルベルト・F・マタレ(1912~2011)は、第二次世界大戦中にドイツのレーダー機器用に製造されたシリコンダイオードで相互コンダクタンス効果を初めて観測した1942年から、テレフンケンで「デュオダイオード」(二重ダイオード)と呼んだものを使った実験を行っていた。そしてついに1948年8月13日、フランスのオーネイ=スー=ボワにあるウェスティングハウス・コンパニー・デ・フラン・エ・シニョー社で働いていたマタレとハインリヒ・ウェルカー(1912~1981)は、少数キャリア注入プロセスに基づく増幅器の特許を申請し、それを「トランジスタロン」と名付けた。[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]この装置は1949年5月18日に一般公開された。トランジスタロンはフランスの電話会社と軍向けに商業的に製造され、1953年には4つのトランジスタロンを使用したソリッドステート無線受信機がデュッセルドルフ無線見本市で実演された。
ベル研究所は1948年6月以前にトランジスタについて公式発表を行わなかったため、トランジスタンは独立した並行的な発見と開発であった。
ベル電話研究所は、新しい発明に一般的な名前が必要でした。「半導体三極管」、「表面状態三極管」、「水晶三極管」、「固体三極管」、「イオタトロン」などが検討されましたが、ジョン・R・ピアースが考案した「トランジスタ」が社内投票で圧倒的な勝利を収めました(ベルのエンジニアが接尾辞「-istor」に親近感を抱いていたことも一因です)。[ 25 ] [ 26 ]この名前の根拠は、投票を呼びかけた同社の技術メモランダムからの以下の抜粋に記載されています。
トランジスタ。これは「相互コンダクタンス」または「伝達」と「バリスタ」を組み合わせた略語です。このデバイスは論理的にバリスタファミリーに属し、ゲインを持つデバイスの相互コンダクタンスまたは伝達インピーダンスを持つため、この組み合わせは適切です。
—ベル電話研究所—技術覚書(1948年5月28日)
ピアースは命名の経緯を少し違った形で記憶していた。
私がその名前を付けた方法は、そのデバイスが何をするのかを考えることでした。当時、それは真空管の双対となるものと考えられていました。真空管には相互コンダクタンスがあったので、トランジスタには「相互抵抗」があるだろうと考えたのです。そして、その名前はバリスタやサーミスタといった他のデバイスの名前と調和するものでなければなりませんでした。そこで、私は「トランジスタ」という名前を提案しました。
—ジョン・R・ピアース、PBS番組「Transistorized!」のインタビューにて
ノーベル財団は、この用語は「転送」と「抵抗器」という言葉の組み合わせであると述べている。[ 27 ]
ショックレーは、この装置がブラッテンとバーディーンの手柄とされたことに衝撃を受けた。彼は、二人が自分の知らないところで装置を開発し、手柄を横取りしたと感じていた。事態はさらに悪化し、ベル研究所の弁護士たちは、ショックレー自身のトランジスタに関する記述の一部が、1925年にジュリアス・エドガー・リリエンフェルドが取得した特許の内容と酷似していることを発見し、特許出願からショックレーの名前を削除するのが最善だと判断した。
ゲルマニウムは精製が難しく、動作温度範囲も限られていた。科学者たちはシリコンの方が製造しやすいと理論づけたが、この可能性を調査する者はほとんどいなかった。ベル研究所のモリス・タネンバウムら[ 28 ]は、1954年1月26日に初めて動作するシリコントランジスタを開発した[ 29 ]。数か月後、テキサス・インスツルメンツで独立して研究していたゴードン・ティールが同様のデバイスを開発した。これらのデバイスはどちらも、溶融シリコンから成長させる際に単結晶シリコンのドーピングを制御することによって作られた。1955年初頭、ベル研究所のモリス・タネンバウムとカルビン・S・フラーは、ドナーおよびアクセプター不純物を単結晶シリコンチップに気体拡散させることで、より優れた方法を開発した[ 30 ] 。
しかし、1950年代後半まで、ゲルマニウムはトランジスタやその他の半導体デバイスの主要な半導体材料であり続けました。ゲルマニウムは、キャリア移動度が高いため、より優れた性能を発揮できることから、当初はより効果的な半導体材料と考えられていました。[ 31 ] [ 32 ]初期のシリコン半導体の性能が相対的に低かったのは、不安定な量子表面状態によって電気伝導性が制限されていたためであり、[ 33 ]電気が表面を確実に透過して半導体シリコン層に到達することができなかったためです。[ 34 ] [ 35 ]
表面パッシベーションとは、半導体表面を不活性にし、表面や結晶の端に接触する空気や他の物質との相互作用によって半導体特性が変化しないようにするプロセスであり、1955年から1957年にかけてベル研究所のカール・フロッシュとリンカーン・デリックによって初めて発見された。 [ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ]フロッシュとデリックは、二酸化ケイ素(SiO₂)が2 ) 層はシリコンウェハを環境から保護し、シリコンへのドーパント拡散を抑制し、電気的に絶縁し、最初の二酸化ケイ素トランジスタを作成することでそれを実証しました。これは、ドレインとソースがSiO2層。 [ 37 ]
ジャン・ホーニはベル研究所のフロッシュとデリックの研究を知っていました。[ 40 ]その後、ホーニはアタラがベル研究所での以前の結果に基づいてパッシベーションに関する論文を発表した会議に出席しました。 [ 40 ]シリコン表面に対する二酸化ケイ素のパッシベーション効果を利用して、ホーニは二酸化ケイ素の層で保護されたトランジスタを作ることを提案し[ 40 ] 、フェアチャイルド・セミコンダクターで働いていた1959年に最初の特許を取得しました。[ 41 ] [ 42 ]
1959 年に MOSFET が導入されました。2020 年にも、依然として主流のトランジスタタイプであり、推定総数は 13 垓 (1.3 × 10 22 ) 1960年から2018年の間に製造されたMOSFET。MOSFETトランジスタのBJTに対する主な利点は、状態を切り替えるとき以外は電流を消費しないことと、スイッチング速度が速いこと(デジタル信号に最適)です。
世界初の商用トランジスタ生産ラインは、ペンシルベニア州アレンタウンのユニオン・ブールバードにあるウェスタン・エレクトリック社の工場にあった。生産は1951年10月1日に点接触ゲルマニウムトランジスタで開始された。[ 43 ]
通信におけるトランジスタの最初の商用応用は、1952年秋にニュージャージー州エングルウッドのNo.5クロスバー交換システムの多周波信号用トーンジェネレータで行われ、直接距離ダイヤル(DDD)の最初のフィールドトライアルに使用されました。[ 44 ]
1953年までに、トランジスタは補聴器や電話交換機などの一部の製品で使用されていましたが、湿気に対する感度やゲルマニウム結晶に接続されたワイヤーの脆さなど、より広範な応用を妨げる重大な問題がまだ残っていました。[ 45 ]フィルコの研究部長ドナルド・G・フィンクは、トランジスタの商業的可能性の現状を次のようなたとえで要約しました。「それは、今はぎこちないが将来の活力を期待できるニキビだらけの思春期の若者でしょうか?それとも、失望に囲まれ、倦怠感に満ちた成熟期に達したのでしょうか?」[ 45 ]
半導体企業は、半導体産業の初期には接合型トランジスタに注力していた。しかし、接合型トランジスタは比較的かさばるデバイスであり、大量生産が困難であったため、限られた特殊な用途にしか使用されなかった。[ 46 ]

全トランジスタAMラジオ受信機の試作品が実演されたが、実際には実験室の珍品に過ぎなかった。しかし、1950年にショックレーは、点接触トランジスタとは全く異なる原理で動作する、バイポーラ接合トランジスタとして知られるようになった、根本的に異なるタイプの固体増幅器を開発した。モーガン・スパークスはバイポーラ接合トランジスタを実用的なデバイスにした。[ 47 ] [ 48 ]これらはテキサス・インスツルメンツを含む他の多くの電子機器会社にもライセンス供与され、テキサス・インスツルメンツは販売ツールとしてトランジスタラジオを限定生産した。初期のトランジスタは化学的に不安定で、低電力、低周波の用途にしか適していなかったが、トランジスタ設計が発展するにつれて、これらの問題は徐々に克服された。
実用的なトランジスタラジオを最初に製造した企業という称号を主張する企業は数多く存在する。テキサス・インスツルメンツは1952年には既に全トランジスタAMラジオを実演していたが、その性能は同等の真空管式モデルに比べてはるかに劣っていた。実用的な全トランジスタラジオは、1953年8月にドイツのインターメタル社がデュッセルドルフ・ラジオ見本市で実演した。これは、ヘルベルト・マタレとハインリッヒ・ウェルカーが1948年に発明した技術に基づき、インターメタル社が手作りした4個のトランジスタを使用して製造されたものだった。しかし、初期のテキサス・インスツルメンツ製品(および他の製品)と同様に、試作品のみが製造され、商業生産されることはなかった。
最初のトランジスタラジオは、 1955年にTR-55を発売したソニー(元々は東京通信工業)の製品だと誤って伝えられることが多い。しかし、実際には、インディアナ州インディアナポリスのIDEA(Industrial Development Engineering Associates)のリージェンシー部門が製造したリージェンシーTR-1が、最初の実用的なトランジスタラジオとして先行していた。TR -1は1954年10月18日に発表され、同年11月に49.95米ドル(2020年のドル換算で約500米ドルに相当)で発売され、約15万台が売れた。
TR-1はテキサス・インスツルメンツ製のNPNトランジスタを4個使用しており、22.5ボルトのバッテリーで駆動する必要がありました。初期のトランジスタでは、十分な無線周波数性能を得るには、コレクタ・エミッタ間降伏電圧に近い電圧で動作させるしかなかったためです。そのためTR-1は動作コストが非常に高く、実際の性能よりも、その目新しさやステータス価値によって人気を博しました。これは、初期のMP3プレーヤーとよく似ています。
とはいえ、性能面では平凡だったものの、TR-1は当時としては非常に先進的な製品であり、プリント基板や、当時としては超小型部品と考えられていたものを使用していた。
ソニーの共同創業者である井深大は、ベル研究所が接合型トランジスタの製造方法に関する詳細な手順書を含む製造ライセンスの提供を発表した際、米国を訪問していた。井深は日本の財務省から5万ドルのライセンス料を支払う特別許可を得て、1955年にソニーの新ブランド名で、5トランジスタ搭載の小型ラジオ「TR-55」を発売した。この製品に続いて、より野心的な設計の製品が次々と登場したが、一般的には、ソニーが製造大国へと成長していく始まりを告げるものとされている。
TR-55は、22.5ボルトのバッテリーで駆動するなど、多くの点でRegency TR-1とよく似ており、実用性もそれほど向上していませんでした。注:回路図によると、TR-55は6ボルトの電源を使用していました。[ 49 ]日本国外ではごく少数しか流通しませんでした。1957年になってようやく、ソニーは画期的な「TR-63」シャツポケットラジオを発売しました。これは、標準的な9ボルトのバッテリーで動作し、真空管ポータブルラジオと十分に競合できる、はるかに高度な設計でした。TR-63はまた、すべての部品が小型化された最初のトランジスタラジオでもありました。(「ポケット」という用語は解釈の余地があり、ソニーは営業担当者用に特大のポケットが付いた特別なシャツを作ったと言われています。)
1955 年 4 月 28 日のウォール ストリート ジャーナル紙で、クライスラーとフィルコは、世界初のオールトランジスタ カーラジオを開発・製造したと発表した。[ 50 ]クライスラーは、オールトランジスタ カーラジオ、Mopar モデル 914HR を、1955 年秋に、1956 年モデルのクライスラーとインペリアルの新ラインナップの「オプション」として提供し、1955 年 10 月 21 日にショールームに登場した。オールトランジスタ カーラジオは 150 ドルのオプションだった。[ 51 ] [ 52 ] [ 53 ]
1957年に発売されたソニーのTR-63は、初の量産型トランジスタラジオであり、トランジスタラジオの大衆市場への普及につながった。[ 54 ] TR-63は1960年代半ばまでに世界中で700万台を売り上げた。[ 55 ] TR-63の目覚ましい成功により、東芝やシャープなどの日本の競合他社が 市場に参入した。[ 56 ]トランジスタラジオにおけるソニーの成功は、1950年代後半にトランジスタが真空管に代わって主要な電子技術となるきっかけとなった。[ 57 ]
一般向けに販売された最初の低価格接合型トランジスタは、 1953 年初頭にRaytheonが 1 個 7.60 ドルで発売した PNP ゲルマニウム小信号トランジスタCK722でした。1950 年代と 1960 年代には、CK722 トランジスタを中心とした数百もの趣味の電子工作プロジェクトが、一般向けの書籍や雑誌に掲載されました。[ 58 ] [ 59 ] Raytheon も、1950 年代半ばに「Transistor Applications」と「Transistor Applications- Volume 2」を出版することで、趣味の電子工作デバイスとしての CK722 の役割を拡大することに貢献しました。
世界初のトランジスタコンピュータは、1953年11月にマンチェスター大学で製作されました。このコンピュータは、当時電気工学科の研究学生で、後にサセックス大学の電子工学教授となったリチャード・グリムスデールによって製作されました。このマシンは、STCとMullardが少量生産した点接触型トランジスタを使用していました。これらは、1920年代のクリスタルと猫のひげに似た、2本の細いワイヤーが付いた単結晶ゲルマニウムで構成されていました。これらのトランジスタは、1つのトランジスタが2つの安定状態を持つことができるという有用な特性を持っていました。このマシンの開発は、トランジスタの信頼性の低さによって著しく妨げられました。消費電力は150ワットでした。[ 60 ]
メトロポリタン・ヴィッカース社は、1956年に接合型トランジスタを使用して、完全な200個のトランジスタ(および1300個のダイオード)設計を再構築しました(社内使用のため)。[ 61 ]
IBM 7070(1958年)、IBM 7090(1959年)、およびCDC 1604(1960年)は、トランジスタをベースにした最初の市販コンピュータであった。

1955年、カール・フロッシュとリンカーン・デリックは偶然にもシリコンウェハ上に二酸化ケイ素の層を成長させ、その表面パッシベーション効果を観察した。[ 63 ] [ 64 ] 1957年までに、フロッシュとデリックはマスキングと事前堆積を用いて、ドレインとソースが同じ表面に隣接している最初のプレーナ型トランジスタを製造することができた。[ 65 ]
この研究に続いて、モハメド・アタラとダウォン・カンは1959年にシリコンMOSトランジスタを提案し[ 66 ]、1960年にはベル研究所のチームで動作するMOSデバイスの実証に成功した[ 67 ] [ 68 ] 。彼らのチームには、デバイスを製造したEEラベートとEIポビロニス、拡散プロセスを開発したMOサーストン、LAダサロ、JRリゲンザ、デバイスの特性評価を行ったHKグメルとR.リンドナーが含まれていた[ 69 ] [ 70 ] 。
MOSFETは、高い拡張性[ 71 ]、バイポーラ接合トランジスタよりもはるかに低い消費電力と高い密度[ 72 ]により、高密度集積回路(IC)の構築を可能にし[ 73 ] 、 1つのICに10,000個以上のトランジスタを集積できるようになった[ 74 ] 。
最初のガリウムヒ素ショットキーゲート電界効果トランジスタ(MESFET )はカーバー・ミードによって作られ、1966年に報告された。[ 75 ]フローティングゲートMOSFET (FGMOS)の最初の報告は、 1967年にダウォン・カンとサイモン・シーによって行われた。[ 76 ]
MOSFETはその後、史上最も広く製造されたデバイスとなった。[ 77 ] [ 78 ] 2018年現在、推定13垓個のMOSトランジスタが製造されている。[ 77 ]
元々、MOSFETロジックにはPMOS(p型MOS)とNMOS(n型MOS)の2種類がありました。[ 79 ]どちらのタイプも1957年にベル研究所でフロッシュとデリックによって開発されました。[ 80 ]
1948年、ベル研究所のバーディーンとブラテインは反転層を持つ絶縁ゲートトランジスタ(IGFET)の特許を取得し、この概念は今日のCMOS技術の基礎を形成している。[ 81 ]新しいタイプのMOSFETロジックであるCMOS(相補型MOS)は、フェアチャイルド・セミコンダクターのチータン・サとフランク・ワンラスによって発明され、1963年2月に研究論文で発表された。[ 82 ] [ 83 ]
自己整合ゲート(シリコンゲート)MOSFETトランジスタは、1967年にベル研究所のロバート・カーウィン、ドナルド・クライン、ジョン・サラスによって発明されました。フェアチャイルド・セミコンダクターの研究者であるフェデリコ・ファギンとトム・クラインは、後に自己整合ゲートMOSFETを使用して最初のシリコンゲートMOS集積回路を開発しました。[ 84 ]
MOSFET ( MOSトランジスタとも呼ばれる)は、小型化して大量生産することで幅広い用途に対応できる、真にコンパクトな最初のトランジスタでした。[ 46 ]これは、パワーエレクトロニクス[ 86 ]、民生用電子機器、制御システム、コンピュータ[ 87 ]など、より広範な電子産業に革命をもたらしました。[ 85 ] MOSFETはその後、コンピュータ、電子機器[ 35 ]、通信技術(スマートフォンなど)[ 88 ]など、世界で最も一般的なタイプのトランジスタになりました。MOSトランジスタは、使用されているすべてのマイクロプロセッサ、メモリチップ、通信回路の構成要素であるため、「電子産業の主力」と表現されています。[ 89 ] 2013年現在、毎日数十億個のMOSトランジスタが製造されています。 [ 73 ]
ゼネラル・マイクロエレクトロニクスは1964年に、120個のpチャネルトランジスタからなる最初の商用MOS集積回路を発表しました。 [ 90 ]これは、ロバート・ノーマン[ 91 ]とフランク・ワンラス[ 92 ]によって開発された20ビットシフトレジスタでした。1967年には、ベル研究所の研究者であるロバート・カーウィン、ドナルド・クライン、ジョン・サラスが自己整合ゲート(シリコンゲート)MOSトランジスタを開発し、フェアチャイルド・セミコンダクターの研究者であるフェデリコ・ファギンとトム・クラインがこれを使用して最初のシリコンゲートMOS ICを開発しました。[ 84 ]
1972年までに、MOS LSI(大規模集積回路)回路は、自動車、トラック、家電製品、事務機器、電子楽器、コンピュータ周辺機器、レジスター、電卓、データ伝送および通信機器など、数多くの用途向けに商品化された。[ 93 ]
最初の現代的なメモリセルは、1965年にジョン・シュミットが最初の64ビットMOS SRAM(スタティックRAM)を設計した際に導入されました。[ 94 ] 1967年には、IBMのロバート・H・デナードがMOSFETを使用したシングルトランジスタDRAM(ダイナミックRAM)メモリセルの特許を出願しました。[ 95 ]
フローティングゲートMOSFET(FGMOS)の最も初期の実用的な応用例は、フローティングゲートメモリセルであり、Dawon KahngとSimon Szeは、これを用いて再プログラム可能なROM(読み出し専用メモリ)を製造できると提案した。[ 96 ]フローティングゲートメモリセルは後に、 EPROM(消去可能なプログラマブルROM)、EEPROM(電気的に消去可能なプログラマブルROM) 、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリ(NVM)技術の基礎となった。
MOSFETはすべてのマイクロプロセッサの基盤です。[ 89 ]最初期のマイクロプロセッサはすべてMOSマイクロプロセッサで、MOS LSI回路で構築されていました。最初のマルチチップマイクロプロセッサであるFour-Phase Systems AL1(1969年)とGarrett AiResearch MP944(1970年)は、複数のMOS LSIチップで開発されました。最初の商用シングルチップマイクロプロセッサであるIntel 4004は、 Federico Fagginが自身のシリコンゲートMOS IC技術を使用し、IntelのエンジニアであるMarcian HoffとStan Mazor、およびBusicomのエンジニアである島正敏と共同で開発しました。[ 97 ] 1975年にCMOSマイクロプロセッサが登場すると、「MOSマイクロプロセッサ」という用語は、 PMOSロジックのみで製造されたチップ、またはNMOSロジックのみで製造されたチップを指すようになり、「CMOSマイクロプロセッサ」や「バイポーラビットスライスプロセッサ」と対比されるようになりました。[ 98 ]
MOSトランジスタによって実現された初期の影響力のある民生用電子製品の1つは、電子ポケット電卓でした。[ 74 ] 1965年、ビクター3900デスクトップ電卓は、29個のMOS LSIチップを搭載した最初のMOS LSI電卓でした。[ 99 ] 1967年にテキサス・インスツルメンツのCal-Techは、3つのMOS LSIチップを搭載した最初のプロトタイプ電子式携帯電卓であり、後に1970年にCanon Pocketronicとして発売されました。 [ 100 ] 1969年にシャープのQT-8D卓上電卓は、最初の量産型LSI MOS電卓であり、[ 99 ] 4つのMOS LSIチップを使用したシャープのEL-8は、1970年に最初の商用電子式携帯電卓でした。[ 100 ]最初の真の電子式ポケット電卓は、 MostekのシングルMOS LSI計算機オンチップを使用したBusicom LE-120A HANDY LEで、1971年に発売されました。[ 100 ]
1970年代には、MOSマイクロプロセッサがホームコンピュータ、マイクロコンピュータ(マイクロ)、パーソナルコンピュータ(PC)の基盤となった。これがパーソナルコンピュータ革命またはマイクロコンピュータ革命として知られるものの始まりにつながった。[ 101 ]
パワーMOSFETは、世界で最も広く使用されているパワーデバイスです。 [ 102 ]パワーエレクトロニクスにおけるバイポーラ接合トランジスタに対する利点としては、MOSFETはオン状態を維持するために連続的な駆動電流を必要としないこと、スイッチング速度の向上、スイッチング電力損失の低減、オン抵抗の低減、熱暴走に対する感受性の低減などが挙げられます。[ 103 ]パワーMOSFETは電源に影響を与え、より高い動作周波数、サイズと重量の削減、量産の増加を可能にしました。[ 104 ]
パワーエレクトロニクスで一般的に使用されているパワーMOSFETは、1970年代初頭に開発されました。[ 105 ]パワーMOSFETは、低ゲート駆動電力、高速スイッチング速度、および高度な並列接続機能を実現します。[ 102 ]
Hackster.io の記事によると、2023 年 4 月下旬、リンシェーピング大学とKTH 王立工科大学の研究者らが世界初の木製トランジスタの開発に成功し、より持続可能な電子機器や電子植物の制御への道を開く可能性を秘めている。研究チームは、セルロースベースの電解質とリグニン由来の有機半導体を用いて電子信号を切り替える機能的なトランジスタを作成した。この画期的な成果は、環境に優しい電子機器の開発や、監視や制御のために電子機器を生きた植物に組み込む可能性を探る研究につながる可能性がある。[ 106 ]
{{cite journal}}ISBN /日付の不一致(ヘルプ){{cite journal}}: CS1メンテナンス: DOIは2025年8月現在非アクティブです(リンク)1951年10月1日、アレンタウンのユニオン・ブールバードにあるウェスタン・エレクトリック社の工場で、世界初の商用トランジスタ生産ラインが稼働を開始した。
{{cite journal}}ISBN /日付の不一致(ヘルプ)Si MOSFETは電子産業に革命をもたらし、その結果、私たちの日常生活に考えられるほぼすべての面で影響を与えています。
金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)は、デジタル集積回路の超大規模集積回路(VLSI)において最も一般的に使用されている能動素子である。1970年代には、これらの部品が電子信号処理、制御システム、コンピュータに革命をもたらした。
、約20の大手企業との契約に基づき、自動車、トラック、家電製品、事務機器、楽器、コンピュータ周辺機器、レジスター、電卓、データ伝送および通信機器向けのMOS/LSI技術の応用など、30近い製品プログラムに取り組んでいます。
MOSFETの比較的シンプルな構造と低消費電力は、今日のマイクロコンピュータ革命を促進してきた。