MOS-Technik

MỌS-Technik

 

[MOS: Abkürzung für englisch metal oxide semiconductor, »Metall-Oxid-Halbleiter«], 1) im weiteren Sinn synonym mit MIS-Technik verwendete Bezeichnung; 2) im engeren Sinn Bezeichnung für einen Spezialbereich der MIS-Technik, in dem bei der Herstellung diskreter und integrierter Halbleiterbauelemente beziehungsweise Funktionselemente - besonders Feldeffekttransistoren (MOSFET), aber auch MOS-Kondensatoren, -Widerstände und -Speicherelemente - Silicium, Siliciumdioxid oder das natürliche Oxid des Substrats als Isolierschicht verwendet wird. Die MOS-T. erlaubt die Herstellung integrierter Schaltungen (ICs) großer Komplexität und Packungsdichte (VLSI und darüber hinaus, Integrationsgrad), wobei das eigentliche Herstellungsverfahren die Planartechnik ist. Wegen größerer Fertigungstoleranzen passiver Bauelemente (die beim Schaltungsentwurf berücksichtigt werden müssen) sowie der höheren Leistungsaufnahme der Widerstände werden in MOS-Schaltungen passive Komponenten nach Möglichkeit durch aktive ersetzt.

 

Aufgrund der höheren Beweglichkeit von Elektronen gegenüber Löchern sind in PMOS-Technik hergestellte Bausteine (gekennzeichnet durch MOS-Transistoren mit p-leitendem Kanal) erheblich langsamer (typische Arbeitsgeschwindigkeit 100 statt 30 ns/Stufe) als die in der weiterentwickelten NMOS-Technik hergestellten Bausteine (gekennzeichnet durch MOS-Transistoren mit n-leitendem Kanal). Die PMOS-Technik ist die ursprüngliche Herstellungsform (einfache und billige Fertigung), sie findet heute im Wesentlichen nur noch für Taschenrechner Verwendung, bei denen weniger die Rechengeschwindigkeit als die Kosten entscheidend sind. Für andere Anwendungen, z. B. in Halbleiterspeichern oder Mikroprozessoren, werden fast ausschließlich NMOS-Schaltkreise benutzt, die außerdem voll TTL-kompatibel sind. Da eine kostengünstige Integration nur bei direkter Kopplung aller Bauelemente erreichbar ist, werden vorwiegend n-Kanal-MOSFETs vom Anreicherungstyp verwendet, die mit weniger Fertigungsschritten herstellbar sind als MOSFETs vom Verarmungstyp, mit denen die höchste Packungsdichte erreicht wird.

 

Es besteht auch die Möglichkeit, MOS-Schaltungen aufzubauen, bei denen n-Kanal- und p-Kanal-Komponenten auf demselben Chip integriert sind (CMOS-Technik). Bei diesen Schaltkreisen werden alle p-leitenden Bereiche in n-leitendem Material isoliert. Die kompliziertere Fertigung lohnt sich für Anwendungen wie batteriebetriebene Rechner und Uhren, da CMOS-Bauelemente einen sehr niedrigen Stromverbrauch haben und sich durch hohe Störsicherheit und TTL-Kompatibilität auszeichnen. Weitere Entwicklungen sind ladungsgekoppelte Schaltungen (CCD) sowie die SOI-Technik, bei der die Transistoren in einer dünnen Siliciumschicht, aufgebracht auf nicht leitendem Substrat, erzeugt werden.

 

Den Vorteilen der MOS-T. im Vergleich zur Bipolartechnik, z. B. hohe Integrationsdichte, geringe Verlustleistung, einfacher Fertigungsprozess und niedrige Herstellungskosten, stehen als Nachteile die kleinere Arbeitsgeschwindigkeit und die niedrigere Ausgangsleistung gegenüber. Die Arbeitsgeschwindigkeit in einem MOSFET hängt von der Breite des Gate-Bereichs ab, die durch das Auflösungsvermögen des litographischen Prozesses (Lithographie) begrenzt wird. Dagegen kann beim bipolaren Transistor eine sehr viel dünnere Basiszone erzeugt werden.