Hoci je technológia MOSFET v dnešnej dobe základom v polovodičovom priemysle, nebolo to vždy tak. Poďme si preto predstaviť dvoch mužov stojacich za touto technológiou: Dawon Kahng a Martin (John) Atalla.

Dnešná najpopulárnejšia tranzistorová technológia v digitálnych obvodoch, je nepochybne metal-oxid-polovodičový tranzistor s efektom poľa (MOSFET), je známy svojou dynamickou vodivosťou založenou na aplikovanom napätí. Tieto schopnosti od svojho vzniku podporovali nespočetné množstvo elektronických zariadení. Takáto inovácia však nevznikla spontánne.

Prehľad na MOSFET P-kanál (vľavo) a N-kanál (vpravo).

Život Dawona Kahnga

Dr. Dawon Kahng sa narodil v Južnej Kórei (4.5.1931 – 13.4.1992), a po celý svoj aktívny život bol srdcom nadšenec do fyziky. Ako celoživotný akademik so svetovým nosom pre výskum získal Kahng titul B.S. vo fyzike na Vysokej škole liberálnych umení a vied, ktorá sídli na Soulskej národnej univerzite.

Len o rok neskôr odcestoval do Spojených štátov na postgraduálne štúdium. Čoskoro získal magisterský titul a aj doktorát z fyziky na Štátnej univerzite v Ohiu, čím v roku 1959 ukončil svoje vysokoškolské štúdium, ktoré odštartovalo jeho slávnu inžiniersku kariéru, ktorá trvala zhruba 33 rokov.

Kahngova zaujatosť fyzikou podnietila jeho záujem o výskum polovodičov. Začal oddane svoje 29-ročné pôsobenie v Bell Telephone Laboratories, ktoré si už v tej dobe získal uznanie ako inkubátor pre výskum polovodičov.

Len 12 rokov predtým, v roku 1947, William Shockley v laboratóriu vytvoril bipolárny tranzistor (BJT), ktorý bol vo všeobecnosti vhodnejší pre elektroniku s nízkym výkonom, ktorá nie je viazaná prísnymi požiadavkami na efektivitu. Naopak, MOSFET je vysoko efektívna alternatíva, a to ako pre aplikácie napájané z batérie, tak aj pre aplikácie s vyšším výkonom.

Martin Atalla (vľavo) a Dawon Kahng (vpravo).

V roku 1960 sa Kahng stretol s Martinom (John) Atallom a táto dvojica odštartovala spoločný výskum technológie MOSFET, ktorej výsledky sa čoskoro dostavili. Ich skorý dizajn bol úspešný vďaka nízkej spotrebe energie a kompatibilite pri výrobe v malom meradle.

Svet polovodičov však čoskoro explodoval do masovej výroby. Priemysel sa zameral skôr na CPU a DRAM a Dawon do roku 1967 vyvinul ďalší prelomový MOSFET.

Kahng (vľavo) a Sze (vpravo) zobrazenie prvej "floating gate".

Po boku Simona Szeho riešil dlhodobý problém s nestálosťou pamäte spôsobenou odpojením napájania. Kahng's výrazne prispel k vývoju plávajúcej brány, ktorá využívala tenké oxidové filmy a brány na trvalé ukladanie údajov. Celkovo Kahngova práca pripravila cestu pre moderné flash pamäte, ROM a ďalšie tranzistorové jednotky, ktoré sa dnes bežne používajú.

Osobné a profesionálne úspechy

Táto práca a ďalšie aktivity urobili z Dawona vyznamenaného výskumníka počas svojej kariéry a aj po nej. Pomohol napísať viac ako 35 výskumných prác a stal sa autorom 22 patentov. Avšak jeho patent na MOSFET z roku 1963 a sprievodný plávajúci hradlový papier sú jeho vrcholnými úspechmi, z ktorých druhý je stále pomerne často uvádzaný.

 Dr. Kahng si vyslúžil tieto ocenenia:

• 1975 sa stal držiteľom medaily Stuarta Ballantina Franklinovho inštitútu
• 1986 Cena Proud Alumnus v mene Ohio State University
• Prvý prezident inštitútu NEC v rokoch 1988 až 1992
• V roku 1988 sa stal členom IEEE
• Stal sa doživotným členom Kórejskej fyzikálnej spoločnosti a poradcom pre LG Electronics
• V roku 2009 bol uvedený do Národnej siene slávy vynálezcov
• Stala sa inšpiráciou pre Dawon Kahng Award 2017 prostredníctvom Kórejskej polovodičovej konferencie

Hoci Kahng zomrel v roku 1992, jeho odkaz v oblasti elektrotechniky ho nepopierateľne prežil. Jeho práca s filmami SiO₂ a novými prístupmi k technológii hradla odomkli úplne novú úroveň zložitosti tranzistorov.

Život Martina Atallu

Dr. Martin Atalla sa narodil v Port Saide v Egypte (4.8.1924 – 0.11.2009) a stal sa akademickým a profesionálnym nomádom. Pred cestou do Spojených štátov amerických získal bakalársky titul na Káhirskej univerzite. Atalla absolvoval magisterské a doktorandské štúdium na Purdue University a v rokoch 1947 a 1949 získal tituly strojného inžiniera. Jeho debut v Bell Labs v roku 1949 predbehol Kahngov debut o 12 rokov.

Počas tejto doby Atalla skúmal povrchové vlastnosti polovodičov a rýchlo našiel spôsoby, ako pomôcť elektrine dostať sa do polovodičovej vrstvy čipu. Dokázal to dosiahnuť pestovaním vrstiev oxidu kremičitého na kremíkových doštičkách. Tento proces sa stal známym ako povrchová pasivácia a vydláždil cestu pre široké prijatie polovodičových technológií.

Ako už bolo spomenuté, až v roku 1959 sa Martin a Dawon Kahng konečne stretli. Atalla, ktorý získal určitú senioritu v Bell Labs, v skutočnosti odovzdal zodpovednosť za vytvorenie MOSFET Kahngovi. Atalla veril, že technológia MOSFET je cestou vpred a že kov-oxid-kremík je udržateľná kompozícia pre nadchádzajúce roky. Dvojica predstavila svoje duchovné dieťa na konferencii v roku 1960 s veľkým ohlasom.

Je zaujímavé, že sa hovorí, že Bell Labs sa relatívne nezaujímali o technológiu MOSFET, keď ju Atalla prvýkrát navrhol - jednoducho ich to nazaujímalo. Jeho nápadmi sa vážnejšie začali zaoberať až v roku 1963.  V tej dobe výskumníci RCA aj Fairchild vyvinuli svoje vlastné komplementárne polovodiče z oxidu kovu.

Nová kapitola po Bell Labs

V porovnaní so svojím  kolegom Kahngom mal Martin Atalla silné podnikateľské cítenie, ktoré poháňalo mnohé jeho obchodné aktivity. Po náhlom rozchode s Bell Laboratories okamžite pomohol založiť Hewlett-Packard Associates. Martin tiež založil Hewlett-Packard Laboratories, kde viedol divíziu pevných látok.

Od roku 1973 sa Atalla  dosiahol nasledovné:

• Založil svoju rovnomennú spoločnosť Atalla Corporation
• Založil a predsedal A4 Systems a neskôr TriStrata
• V roku 2002 bol ocenený ako Purdue Distinguished Engineering Alumnus
• V roku 1987 zlúčil svoju spoločnosť s Tandem Computers

Atalla stiahl z výskumu a pobral sa na dôchodok, avšak tento odchod bol krátkodobý. Viacerí bankoví manažéri ho povzbudzovali, aby sa zaoberal bankovou a internetovou bezpečnosťou. Po tom, čo už vynašiel „Atalla Box“ a systém PIN, sa Martin vrátil, aby pomohol začať revolúciu v bezpečnosti správy informácií. Martin Atalla, skutočne multitalentovaný profesionál, neskôr odišiel v roku 2009 do Athertonu v Kalifornii.

Technologický posun vpred

Bezpochyby Kahng a Atalla – kolektívne ale aj individuálne – posunuli technologickú sféru vpred spôsobom, ktorý si ich predchodcovia sotva dokázali predstaviť. Od bezpečnosti po obvody, ambície a zvedavosť každého z nnich dopomohli k zrodu počas ich života k množstvu projektov.

Pokiaľ ide konkrétne o MOSFETy, tak technológia MOS v dnešnej dobe predstavuje zhruba 99 % dnešných mikročipov. Dnešné prepracované čipy sa navyše výrazne vyvinuli zo svojich 16-tranzistorových predchodcov. Uvidí sa, kedy (potenciálne) vznikne naše ďalšie dynamické inžinierske duo, aj keď budú čerpať veľa inšpirácie z úspechov tohto silného páru.