上一段讲到集成电路刚刚走出实验室。可要把更多开关装进一颗芯片，工程师还需要一种适合缩小、复制和低功耗工作的晶体管。今天手机和电脑芯片里的主力之一，叫 MOSFET；平常常把它简称为 MOS 晶体管。

先记住三个部分：门、绝缘层和通道

MOS 这个名字来自 Metal、Oxide、Semiconductor，分别是金属、氧化物和半导体。可以把它想成一扇小门：门外有一个控制把手，下面是电流能通过的通道；把手和通道之间隔着一层很薄的绝缘材料。

给控制端加上合适的电压，会产生电场，像隔着玻璃吸引或排开半导体里的电荷。通道就可能形成或消失，电流于是能通过或被阻挡。重要的是，控制端与通道之间有绝缘层，不需要像某些早期晶体管那样让控制电流直接流进半导体。

注意，这不表示 MOS 晶体管完全不耗电。切换时，控制端周围的微小电容需要充电和放电；芯片内部也有漏电与电路活动消耗。入门时可以记住：它的控制方式适合做成非常小的开关，而且稳态时控制端不必持续提供很大的电流。

把 MOS 晶体管看成一扇受电压控制的小门控制端电压改变
      ↓ 电场隔着绝缘层起作用
半导体通道变得更容易或更不容易导电
      ↓
电流通道打开 / 关闭

为什么这个想法等了几十年才变成实物？

用电场控制半导体的想法并非 1959 年才第一次出现。早在 1920 年代，研究者朱利叶斯·利林菲尔德（Julius Lilienfeld）等人就提出过相关专利构想。但有想法和做出稳定器件是两回事：当时人们还难以控制硅表面，表面上的缺陷会让电场效果被干扰。

1959 年左右，贝尔实验室的约翰·阿塔拉（John Atalla）和大冯·康（Dawon Kahng）通过研究硅表面的氧化层，显著改善了这个难题；他们做出了可工作的绝缘栅场效应晶体管，并在 1960 年公开展示。氧化层既是绝缘屏障，也帮助稳定硅表面。

这段历史告诉我们，发明不只是‘有人先想到’，还要等材料、工艺和测量办法成熟。MOS 的结构看上去简洁，真正做出稳定、便宜、可以批量制造的器件，却依赖许多年的工艺改进。

MOSFET 与以前的晶体管有什么不同？

双极型晶体管常用一个很小的基极电流，去控制更大的集电极电流。MOSFET 则主要用控制端的电压来改变通道的导电情况。两者都能当开关或放大器，但结构、控制方法和适合的电路不同。

MOS 晶体管还分 p 沟道和 n 沟道等类型。这里不必记住半导体内部每个电荷如何移动，只要知道设计者能做出两种互补的小开关，分别对不同的控制信号作出响应，下一篇就会看到它们如何配成低功耗逻辑电路。

一粒小开关怎样走进今天的芯片？

MOS 早期并没有马上统治市场。刚出现时，制造稳定性、速度与可靠性都还需要改进，双极型逻辑在不少场合更快。随着氧化层、污染控制、光刻和硅栅工艺进步，MOS 逐渐可以做到更小，并在一块芯片上排进更多器件。

今天我们说‘芯片里有几十亿个晶体管’，大多数时候说的正是 MOS 家族中的晶体管。它们不是一个个独立小零件，而是在硅片上按设计图形成的微小结构。下一篇，我们看看 p 沟道和 n 沟道怎样互相搭配，以及为什么省电对越来越复杂的芯片很重要。