История и современность
Первый полевой
транзистор был запатентован в США в
1928 году Юлиусом Лилиенфельдом (рисунок
7). 
Автор изобретения указал в патенте, что сопротивление канала (слой полупроводникового CuS) управляяется путем подачи напряжения на затвор транзистора, что полностью отвечает современным представлениям о работе полевого транзистора. Предложенные Лилиенфельдом транзисторы не были внедрены в серийное производство из-за низкого уровня полупроводниковой технологии того времени.
Полевые транзисторы стали стремительно развиваться и внедряться в 70-е годы XX века, когда был достигнут прогресс в развитии физики, техники и технологии полупроводников. Транзисторы изготавливаются на одном кремниевом кристалле (чипе) в рамках интегральной технологии.
Наиболее ярко
фантастически быстрое развитие
полупроводниковой электроники отражено
в так называемом «Законе Мура», согласно
которому количество транзисторов в
микросхемах должно удваиваться каждые
два года. Гордон Мур сделал это предсказание
в 1965 году, когда самая сложная микросхема
содержала всего 65 транзисторов. И тем
удивительнее, что этот закон выполняется
уже в течение сорока пяти лет. Число
транзисторов в современных микропроцессорах
уже достигло двух миллиардов (рисунок
8). 
Эмпирическая формула закона Мура имеет вид
.
Простые расчеты показывают, что для 2010 года количество транзисторов в микропроцессоре составит N = 1 000 000 000 (один миллиард). В действительности эта цифра превзойдена уже в 2006 году.
Особенностью полевых транзисторов является малое энергопотребление, что и позволяет размещать на кристалле площадью (1 ÷ 2)см2 сотни миллионов и миллиарды транзисторов. Размеры современных МОП-транзисторов уменьшены до 32 нм, что в десять раз меньше длины волны ультрафиолетового излучения, с помощью которого получаются рисунки микропроцессоров. Уменьшение длины канала МОП-транзисторов коммерческих интегральных схем представлено на рисунке 9.
Напряжение питания
микропроцессоров за это время уменьшилось
на порядок - с 12 В до 1,2 В, но в связи с
увеличением числа транзисторов
потребляемая мощность возросла более,
чем в пятьдесят раз – с 0,2 до 100 Вт. Однако
значительная часть этой мощности (более
20%) рассеивается бесполезно, так как
связана с токами утечки (в основном
через подзатворный окисел миллионов
транзисторов). Выход был найден в замене
окисла кремния, толщина которого
составляет 1,2 нм (что эквивалентно пяти
атомным слоям) на материал с более
высоким значением диэлектрической
проницаемости (High
k)
– двуокись гафния (рисунок 10). Это
позволило увеличить толщину окисла до
3 нм и снизить токи утечки в сотни раз.
Специалисты фирмы Intel
называют данное решение революционным.
А в перспективе они планируют перейти
на размер 22 нм (2011 год) и 16 нм (2013 год).
Схема установки
Схема установки для исследования характеристик полевого транзистора представлена на рисунке 11. Она содержит исследуемый транзистор VT1, регулятор напряжения сток-исток R1, источник напряжения смещения GB1, подаваемого на затвор транзистора, вольтметр PV для измерения напряжения сток-исток и микроамперметр PA для измерения тока стока.
