編者按

在過去的多年裏，芯片的繁榮吸引了大家對半導體行業的關注。其中，晶體管和MOSFET作爲芯片的基本構成，我們也從很多文章中看了很多報道。在本文中，我們詳細探索一下MOSFET的起源和前世今生。

FET的早期探索

第一波半導體公司开始於1952年4月，當時貝爾實驗室爲其晶體管專利許可舉行了第二次晶體管研討會，約有40家公司的代表參加。研討會後，這些公司中的大多數在短短幾個月或幾年內就开始制造雙極點接觸晶體管，許多公司成爲成功的商業半導體供應商。當中包括英飛凌（原西門子）、恩智浦（原飛利浦）和德州儀器-，他們至今仍在制造半導體。相比之下，金屬氧化物半導體（MOS）場效應晶體管（FET）的开發花了幾十年時間，從20世紀20年代的構想到50年代末的最初工作裝置，再到60年代的商業產品。經過多年的科學研究、工程設計、分析和相當程度的宣傳，才將這個幾乎無人問津的器件轉變爲今天半導體和電子工業的骨幹。

Julius Edgar Lilienfeld 是第一個爲FET的想法申請專利的人。Lilienfeld於1882年出生在利沃夫市，現在位於烏克蘭的西部地區。那時，它是奧匈帝國的一部分。1905年2月18日，他在柏林的弗裏德裏希-威廉姆斯大學（現稱洪堡大學）獲得博士學位，然後在那裏的物理研究所成爲一名無任期的教授。他的研究重點是電場和通過場誘導的電子發射，他的早期工作集中在當時的神奇裝置：X射线管。他還對電子在高電場中的行爲做了一些早期工作，這些工作最終被物理學家Ralph H. Fowler和Lothar Wolfgang Nordheim徹底分析。

Lilienfeld於1921年首次前往美國，爲他的X射线專利辯護，反對其在1919年被外國人財產保管人扣押。他於1926年永久移居美國，以逃避歐洲日益嚴重的反猶太主義。1926年10月，他根據自己在半導體領域的實驗，提交了三項專利申請中的第一項。這些專利基本上描述了FET操作的概念基礎，並在1928年至1933年期間頒發。Lilienfeld 在馬薩諸塞州馬爾頓山莊的無线電零件制造商Amrad（美國無线電與研究公司）擔任研發職位。在那裏，他研究了陽極氧化鋁薄膜的電化學和行爲，他對這些薄膜的詳細分析構成了幾十年來制造電解電容器的基礎。盡管Lilienfeld的三項專利描述了場效應晶體管的概念操作，但當時的半導體加工技術水平所生產的材料的純度遠遠達不到制造這種設備所需的程度。

Oskar Heil是第二個獨立構思FET的人。他於1908年出生於德國朗威頓，並在哥廷根的喬治-奧古斯特大學獲得博士學位。在這所大學期間，他遇到了正在攻讀博士學位的俄羅斯物理學家Agnesa Arsenjewa。兩人於1934年在蘇聯結婚，並搬到劍橋的英國卡文迪許實驗室。他們一起共同寫了一篇關於產生微波的开創性論文。他們繼續在列寧格勒的物理化學研究所從事這項工作。Heil隨後返回英國，沒有帶上Arsenjewa。1934年在劍橋大學工作時，Heil申請了一項關於通過電極上的電容耦合控制半導體中的電流的專利，這是定義FET的基本要素。該專利名爲 "Improvements in or relating to electrical amplifiers and other control arrangements and devices"，於1935年底被授予。然而，當時可用的半導體純度很低，而且完全沒有必要的制造工藝技術，這將再次阻礙這種裝置的實際實現，而且沒有跡象表Heil曾試圖制造場效應晶體管。

當德國的入侵引發了第二次世界大战時，Heil回到了德國，开始爲位於柏林-坦佩爾霍夫的C.洛倫茨公司开發微波發生器。有一個神話一直存在，即Heil不僅成功地制造了場效應晶體管，而且在二战期間用場效應晶體管制造了一台祕密收音機，但沒有證據表明海爾曾試圖制造場效應晶體管。要使這一神話成爲現實，Heil就必須弄清楚如何制造工作中的場效應晶體管，然後需要在管式收音機的時代爲基於場效應晶體管的收音機設計電路。如果你想在20世紀40年代建造一個祕密的AM收音機，使用一個可變電感、一個電容器、一坨方鉛礦和一根鋼制貓須來制造音頻探測器，要簡單得多，而且同樣有效。此外，Heil在德國的一個微波實驗室工作。他可以隨心所欲地接觸到許多真空管。他極不可能想制造場效應管，以便他能夠制造一台無线電。

盡管Lilienfeld和Heil都構思了FET，但說他們發明了FET並不比說Leonardo DaVinci發明了動力飛行更准確。根據史密森學會國家航空航天博物館的資料，DaVinci創作了超過35,000個關於飛行器的文字和500幅草圖。然而，我們認爲萊特兄弟發明了第一架動力飛機，因爲他們制造並駕駛了第一架此類飛機。

晶體管的面世

William Shockley1910年出生於英國倫敦，父母是美國人，在麻省理工學院上學，1936年獲得博士學位，專攻固體物理學。同年，貝爾實驗室聘請他進行研究，探討利用晶體半導體制造固態放大器的可能性。1939年，肖克利寫道："今天我想到，使用半導體而不是真空的放大器原則上是可能的。"肖克利似乎沒有意識到早先授予Lilienfeld和Heil的專利。

Shockley和Walter Brattain 在第二次世界大战开始前开發一個FET，但沒有成功。战爭使這項工作暫時停止，但在战爭結束後，Shockley把John Bardeen加入了這個團隊。通過一系列的物理實驗，Brattain和Bardeen 終於在1947年12月16日創造了一個工作的點接觸晶體管，通過音頻頻段的增益約爲100。然而，碰巧的是，這第一個晶體管並不是一個場效應管。它是一個雙極晶體管，並不基於電場而運作。

貝爾實驗室於1948年6月30日宣布了晶體管的發明。6個月的延遲使貝爾實驗室的專利律師有時間把專利申請做好。在Brattain和Bardeen取得突破之前，Shockley已經脫離了日常工作，更多的是充當顧問和經理的角色，但現在這一壯舉已經完成，他准備再次成爲團隊的一員，並堅持在拍攝任何公關照片時，他都要站在前面和中間。他還決定致力於自己的專利申請，堅持認爲已經創造的晶體管是一個FET。貝爾實驗室的專利律師拒絕爲肖克利的專利申請工作，因爲它與 Lilienfeld在20世紀20年代末和30年代初的專利過於相似，而且他們出於同樣的原因將他的名字從貝爾實驗室的原始晶體管專利中刪除。

在1948年6月的晶體管演示之後，肖克利瘋狂地對其運行機制進行了一個月的理論分析。他確定，點接觸裝置的晶體管作用來自P-N半導體結。基於這一見解，肖克利迅速構思了夾層晶體管（sandwich transistor），這是一種被稱爲結點晶體管的新品種裝置的第一種。如果你看到一個雙極晶體管的簡化圖，它通常描繪的是一個夾層晶體管，基極作爲夾層填充物，位於晶體管的發射器和集電極之間。

當貝爾實驗室在1951年宣布推出結型晶體管（junction transistor）時，它迅速成爲業界的主導晶體管，因爲它在各方面都優於最初的點接觸裝置。然而，它仍然是一個雙極晶體管，而不是一個MOSFET。1950年，肖克利將他的分析傾注在第一本關於半導體晶體管的重要書籍中，書名爲《Electrons and Holes in Semiconductors: With Applications to Transistor Electronics》。這本書多年來一直是半導體行業的聖經。Shockley, Bardeen和Brattain 因其半導體研究和發現晶體管效應而分享了1956年諾貝爾物理學獎。

由於在貝爾實驗室得不到晉升而感到沮喪，肖克利搬到了他的家鄉加利福尼亞州的帕洛阿爾托，並於1955年成立了自己的公司--肖克利晶體管實驗室。他在那裏並沒有從事MOSFET的开發工作。他已經轉向雙極，並對貝爾實驗室的一個項目--4層二極管產生了濃厚的興趣。肖克利晶體管實驗室獲得了貝爾實驗室晶體管專利的授權，肖克利本人繼續與貝爾實驗室的研究人員保持密切聯系，將許多半導體工藝創新帶到了舊金山灣區，它們將迅速推動硅谷的建立。

貝爾實驗室的Mohamed Atalla和Dawon Kahng成爲第一個建造工作MOSFET的人。Atalla出生在埃及的塞得港。他在埃及开羅大學學習，並在美國普渡大學獲得碩士和博士學位。Atalla於1949年加入貝爾實驗室。Dawon Kahng於1931年出生於韓國首爾，那時候韓國還沒有被稱爲南韓。他在韓國首爾國立大學學習物理學，1955年移民美國，1959年在俄亥俄州立大學獲得博士學位。同年他加入貝爾實驗室。

Atalla和Kahng對第一個工作的MOSFET的开發是基於Carl Frosch和Lincoln (Link) Derick在貝爾實驗室進行的早期研究，他們在1955年意外地發現了一種在硅上面生長一層二氧化硅的方法。到1957年，Frosch和Derick完善了這一想法，並增加了使用二氧化硅層作爲硅摻雜的擴散掩膜的概念，他們在1957年9月出版的《電化學學會雜志》上發表了一篇題爲 "Surface Protection and Selective Masking During Diffusion in Silicon "的文章，討論了這一問題。

重要的是，貝爾實驗室的做法是在擴散後去除二氧化硅層，因爲它被認爲是 "髒的"，就像 "帶着污染物"。在Frosch和Derick的文章發表兩個月後，Fairchild半導體公司的Jean Hoerni意識到二氧化硅層的重要性，有幾個原因，它應該被留在原處。純淨的二氧化硅層成爲Hoerni的平面制造工藝的一個組成部分，並將成爲集成電路制造的一個關鍵因素。

Atalla將這一發現進一步完善爲更正式的二氧化硅鈍化（silicon dioxide passivation）技術，該技術與新开發的光刻和蝕刻技術相結合，允許在特定位置更精確地摻入硅。利用這項技術，Atalla和Kahng在1960年初成功地制造了一個工作的MOSFET，這是在Lilienfeld首次構思該裝置的三十年後。盡管該裝置在某種程度上可以工作，但這第一個MOSFET有幾個問題。值得注意的是，它比當代雙極晶體管慢100倍，主要是因爲它的通道長度相對較大，爲20微米。

由於這種最初的MOSFET的速度非常慢，貝爾實驗室對它沒有興趣，Atalla和Kahng 在开發中幾乎沒有得到什么榮譽。盡管缺乏榮譽和興趣，Atalla和Kahng還是繼續研究半導體，並开發了p通道和n通道MOSFET，第一個工作的肖特基二極管，以及第一個納米層門雙極晶體管，它在半導體基極和發射極之間夾了一個薄金屬門--只有幾納米厚。薄底座結構使這種晶體管能夠在比當時的雙極晶體管高得多的頻率下工作。

由於厭倦了自己的工作一直得不到認可，Atalla於1962年離开貝爾實驗室，加入惠普公司。他幫助公司建立了自己的半導體實驗室--HP Associates，並成爲半導體研究部主任。然後，他在1966年幫助創建了惠普實驗室，並成爲指導其固態部門的第一人。1969年，Atalla離开惠普，成爲飛兆半導體公司微波和光電子部門的副總裁兼總經理，此前他在惠普帶頭進行砷化鎵材料研究。

Kahng在貝爾實驗室又待了很多年。他在1960年申請了MOSFET的專利，並於1963年獲得了專利。與同事Simon Min Sze一起，Kahng在1967年开發了浮柵MOSFET。這項發明是EPROM和EEPROM中使用的核心存儲元件。Kahng於1988年從貝爾實驗室退休，成爲NEC研究所的創始主席，該研究所現在被稱爲NEC美國實驗室，是NEC公司全球企業研究實驗室網絡的美國中心。

Kahng在貝爾實驗室又待了很多年。他在1960年申請了MOSFET的專利，並於1963年獲得了專利。與同事Simon Min Sze一起，Kahng在1967年开發了浮動門MOSFET。這項發明是EPROM和EEPROM中使用的核心存儲元件。Kahng於1988年從貝爾實驗室退休，成爲NEC研究所的創始主席，該研究所現在被稱爲NEC美國實驗室，是NEC公司全球企業研究實驗室網絡的美國中心。

Atalla和Kahng因其發明的MOSFET而獲得了1975年富蘭克林研究所獎的Stuart Ballantine獎。經過幾十年只存在於理論上的研究，他們證明了制造一個MOSFET是可能的。然而，最初的設備是有問題的。它們很慢，其特性隨溫度和時間的變化而變化，而且不可靠。沒有任何應用需要一個緩慢、不可靠的晶體管。對更好的MOSFET和合適的應用的探索被幾家公司的MOSFET傳道者所接受。一路走來，MOSFET變得更快、更可靠。當幾年後塵埃落定時，許多人都爲MOSFET的最終成功做出了貢獻，但這並不是一個輕松的旅程。有許多技術問題需要克服，有公司政治需要規避，有商業障礙需要打敗。

仙童半導體的起落

沒有哪家公司比仙童半導體更有條件、更有資格利用第一個MOSFET的發展。公司成立於1957年，從事硅晶體管的研究，Jean Hoerni开發了平面工藝，Robert Noyce在Atalla和Kahng在貝爾實驗室得到第一個MOSFET的工作之前幾個月，就提出了基於Hoerni平面工藝的第一個實用集成電路（IC）的想法。就像打开銀行金庫的保險箱所需的兩把鑰匙一樣，平面半導體工藝技術和平面集成電路是开啓MOSFET全部潛力所需的兩把鑰匙。

仙童半導體擁有這些關鍵，盡管仙童半導體的研究人員對MOS的开發和改進作出了重大貢獻，但該公司未能創造出成功的MOS集成電路產品系列。結果，隨着摩爾定律推動集成電路器件密度超出雙極晶體管技術的範圍，進入誘人的MOSFET領域，該公司目睹了其早期在集成電路領域的領先地位--雙極集成電路的消失。

威廉-肖克利於1953年離开貝爾實驗室，因爲他覺得在晉升和認可方面被忽視了。他搬回加利福尼亞，在加州理工學院任職，與加州理工學院教授和高科技企業家Arnold Beckman達成協議，並於1955年成立了肖克利晶體管實驗室。起初，肖克利認爲他可以突襲貝爾實驗室的人員，但他的前僱主沒有人愿意與他合作。他被迫到其他地方去尋找，他設法組建了一個由年輕的、剛畢業的科學家和工程師組成的超級團隊，把他們引到加利福尼亞的超級天氣中。他還承諾，他們將开發當今的聖杯，即硅晶體管。

第二年，肖克利與約翰-巴丁（John Bardeen）和沃爾特-布拉坦（Walter Brattain）因發明點接觸晶體管而分享了諾貝爾物理學獎。大約在那個時候，肖克利對4層二極管產生了濃厚的興趣，這種半導體开關本來對貝爾系統有巨大的興趣。然而，這並不是他向他的研究人員承諾的設備，他們並不高興。肖克利的專制管理風格和自負使他的團隊分裂，導致1957年5月29日的攤牌。研究小組的要求是解決 "肖克利問題"。它沒有得到解決，肖克利研究小組的八名成員--後來被稱爲 "叛徒八人組"--於1957年9月離开。這個核心小組與Sherman Fairchild 公司達成協議，於1957年10月1日成立了仙童半導體。仙童半導體公司將迅速成爲世界上最重要的半導體公司，也是最有可能將MOS晶體管提升到其全部潛力的公司。

實現仙童公司命運的第一個重要步驟是發明了平面半導體工藝。1957年12月1日，就在仙童公司成立的兩個月後，Hoerni 突然獲得了靈感。他知道貝爾實驗室正在進行的關於二氧化硅鈍化、光刻和蝕刻的工作，因爲肖克利在那年早些時候，在 "叛逆八人幫 "離开之前，曾與他的研究團隊討論過這個問題。Hoerni 在他的實驗室筆記本上只用了兩頁紙來描述平面工藝。他的創新是在擴散後將熱生長的二氧化硅留在半導體晶圓上，以保護下面的電路。貝爾實驗室認爲這種氧化物太髒，不能留在原處，但胡爾尼意識到，一個足夠幹淨的絕緣層可以防止灰塵、污垢和水的污染。在幾乎沒有改動的情況下，Hoerni 於1959年1月14日申請了平面工藝的專利。

實現半導體突破的第二個重要步驟發生在1959年1月23日，這是讓MOSFETs實現其命運的必要條件。那一天，仙童半導體公司的創始人羅伯特-諾伊斯在他的實驗室筆記本上寫下了關於單片集成電路的想法。他一直在思考如何利用Hoerni的平面工藝來制造更多的分立晶體管。他意識到，二氧化硅層是一個完美的絕緣體，允許在上面沉積金屬互連，以完成集成電路上多個器件之間的連接。憑借這一閃光的洞察力，諾伊斯永遠改變了電子行業，並將焊接和布线轉變爲高科技的印刷工藝。

這兩個想法，即Hoerni的平面工藝和Noyce的集成電路概念，點燃了仙童的導火线。首先，仙童公司利用平面工藝制造出比任何競爭對手更好、更穩定的晶體管。仙童半導體的晶體管很快成爲黃金標准。在兩年內，仙童半導體宣布了世界上第一個集成電路產品系列，被稱爲Micrologic。這是一個雙極邏輯集成電路系列。在Micrologic系列推出後的6個月裏，仙童半導體橫掃整個領域。仙童半導體的競爭對手沒有任何東西能像仙童半導體的IC一樣提供給他們的客戶。即使是正式成爲該集成電路共同發明人的德州儀器，也不得不爲了競爭而許可仙童的集成電路專利。

在Mohamed Atalla和Dawon Kahng於1960年使他們的第一個器件工作後不久，戈登-摩爾就了解到貝爾實驗室成功开發了第一個MOS晶體管。1959年，在羅伯特-諾伊斯成爲公司總經理之後，摩爾接任了仙童半導體的研發部門主任，當時受聘擔任該職務的Edward Baldwin與其他五名仙童半導體員工突然離職，創辦了 Rheem Semiconductor。

在Baldwin離开後的一周，仙童公司測試了用Hoern的平面工藝制造的第一個雙極晶體管。該晶體管運行良好。有一種說法是，Hoern在測試中向晶體管吐口水，以證明平面工藝使晶體管不受污染。也許實際進行的測試沒有那么誇張，沒有使用Hoern的唾液樣本，但平面工藝確實達到了預期的效果。仙童公司的聯合創始人Jay Last回憶說："哎呀，Baldwin上周不得不離开，這太糟糕了。"仙童公司一直在生產mesa晶體管，並在幾個月內將生產轉移到遠比它優越和更穩定的平面晶體管設計。

有了新的平面雙極晶體管和Micrologic集成電路，仙童公司的工作就變得非常充實，它要使平面工藝可靠和穩定，學習實施制造集成電路所需的精密光刻技術，並开發新型雙極晶體管和Micrologic芯片。沒有仙童的客戶要求或甚至詢問MOS晶體管，所以沒有人在开發。戈登-摩爾的研究和开發部門的重點是長期項目，其中不包括MOS晶體管。

1962年，仙童半導體公司僱用了一位來自猶他大學的新晉物理學博士Frank Wanlass，改變了對MOS的漠不關心。當他加入公司時，Wanlass已經迷上了MOS晶體管，他知道仙童的平面工藝是制造MOS晶體管的方法。

Wanlass被錄用到仙童公司的研發部門，他的任務給了他足夠的余地來研究MOSFET，即使仙童公司當時並不生產MOS，因爲無論是用於制造雙極還是MOS晶體管，MOS--金屬氧化物--半導體--結構都是平面工藝的一個組成部分。他的自由度很大程度上來自於他幾乎自己做所有事情的能力。作爲一名物理學家，Wanlass了解MOS結構的物理學，因此可以自己設計MOSFET。他了解電子學，所以他不僅設計了晶體管，還設計了進入MOS集成電路的電路。他最早的設計之一是一個集成的MOS觸發器，其流量率超過80%。1963年2月，Wanlass和他的經理C.T.Sah在ISSCC上發表了一篇論文，揭示了Wanlass已經構思出在同一集成電路上結合p通道和n通道MOSFET的電路。他發明了CMOS，這僅僅是他工作的一個副產品。

在這一過程中，Wanlass處理了MOSFET固有的穩定性問題和仙童公司對MOSFET的普遍漠視。該公司在制造雙極半導體產品方面做得太好，以至於對緩慢的MOSFET投入了很多精力。盡管戈登-摩爾的研發部門在分析和模擬MOS物理方面投入了大量精力，作爲改進平面工藝的一種方式，但這些改進的目標是雙極晶體管的制造。到1963年12月，Wanlass感到沮喪並跳槽了。他加入了通用微電子公司（GME），該公司於1963年夏天由仙童半導體的Micrologic小組成員創辦，具體目的是开發MOS集成電路。

隨着Micrologic集團和Wanlass公司幾個關鍵成員的流失，仙童公司的風頭一去不復返，該公司從未开發過MOS集成電路產品系列。最終，摩爾本人也意識到仙童公司並沒有完全實現MOSFET的潛力。當他在1968年與羅伯特-諾伊斯一起離开仙童公司創立英特爾公司時，將創建一個專門生產MOS集成電路的半導體公司--具體來說是存儲器集成電路--但這一事件已經過去了近五年。

MOSFET的誕生

在20世紀60年代初，半導體公司不愿意在MOSFET的开發上投入大量精力，這一點並不令人驚訝。早期的MOSFET比雙極型晶體管慢100倍，而且它們被認爲是不穩定的，這是有原因的：它們的電氣特性隨着時間和溫度的變化而發生嚴重的、不可預測的漂移。要將MOSFET轉變爲可靠的電子元件，需要進行大量的研究和开發工作。

然而，當仙童半導體公司僱用Frank Wanlass時，MOSFET找到了它的支持者。Wanlass致力於MOSFET的研究，而不是任何公司。他去了任何地方，做了任何事情，以促進MOSFET的發展。他成爲MOS（金屬氧化物半導體）技術的Johnny Appleseed，隨時隨地自由地播撒MOSFET的種子。

仙童公司在1962年8月僱用了Wanlass，當時他從猶他大學獲得物理學博士學位。他在攻讀固體物理學博士學位時，讀到了RCA在薄膜硫化鎘（CdS）場效應管方面的工作，從而對MOS技術產生了興趣。FET器件結構的簡單性首先引起了他的興趣，然後使他着迷。他意識到，場效應晶體管的簡單結構意味着許多場效應晶體管可以裝在一個半導體芯片上，他設想用這些器件構建復雜的集成電路（IC）。但RCA的薄膜CdS FET太不穩定了。即使在架子上放置幾個小時，它們的電氣特性也會發生劇烈的漂移。Wanlass認爲，用硅代替CdS制造FET將解決參數漂移的問題。事實證明，他錯了。半導體場效應晶體管遭受了幾年的漂移，直到MOS制造工藝能夠充分清潔以消除導致場效應晶體管參數漂移的污染物。

當Wanlass加入Gordon Moore在仙童公司的研究和开發小組時，該公司有一項政策，即讓新聘的博士在他們愿意承擔的任何項目上工作。Wanlass決定專注於MOSFETs，盡管摩爾的部門對制造這種器件並不特別感興趣。然而，摩爾的部門對MOS加工非常感興趣，因爲這是Jean Hoerni的平面制造工藝的基本結構和性質，仙童公司用它來制造雙極晶體管和集成電路。對平面工藝的任何進一步了解以及對工藝技術的任何改進都將進一步提高仙童半導體制造雙極晶體管和集成電路的能力。

Wanlass對研究或分析MOS工藝的特點不感興趣。他想制造分立的MOSFET，用MOSFET制造IC，並利用這些器件設計系統級電路，以培養對這些元件的需求。在接下來的一年裏，他正是這樣做的。在不到六個月的時間裏，Wanlass使用平面工藝在硅中設計並制造了單個p通道和n通道MOSFET。所有的p溝道器件都表現出嚴重的參數漂移，而n溝道器件根本沒有工作。他通過將p溝道器件放在一個曲线跟蹤器中並用打火機加熱來測試其參數漂移。然後，他設計並制造了一個使用MOSFET的觸發器IC，並取得了令人難以置信的超過80%的晶圓良率。他开發了MOSFET的應用電路，包括一個利用MOSFET極高的輸入阻抗的電流表。

在此過程中，Wanlass和他的經理C.T. Sah爲CMOS電路的想法申請了專利，該電路在一個硅片上結合了p通道和n通道的MOSFET。CMOS是現在制造的幾乎所有集成電路的基礎晶體管技術。(注：Sah經常被列爲CMOS的唯一發明者，但他的名字出現在專利上是因爲他是Wanlass的經理，而按照慣例，在專利申請中要把經理和發明人一起列出。）

1963年初，戈登-摩爾开始僱用更多的人，對MOS工藝技術進行更徹底的分析。然而，他對研究MOSFET並不感興趣。他只是想更好地了解金屬氧化物-半導體平面工藝，以便仙童公司能夠制造更好的雙極晶體管和集成電路。分析小組成爲Bruce Deal、Andrew Grove和Ed Snow。他們並沒有被安排在一個正式的團隊中，但他們很快就通過辦公室的偶然互動發現了對方和他們互補的任務。. Deal從事氧化和表面狀態的研究。Snow分析了MOS的瞬態不穩定性。Grove編寫程序來模擬分析。

到1963年底，Wanlass確信仙童公司只想研究和分析MOS器件，而不是在商業上制造它們，他更喜歡制造器件而不是研究它們。Wanlass於1963年12月離开仙童半導體，這距離他加入該公司僅一年零四個月。他在通用微電子公司（GME）任職，該公司是由一小群決定成立半導體公司的前仙童僱員創辦的。GME是仙童半導體最早的分拆公司之一，被統稱爲 "仙童"。GME的目標和方向顯然會把Wanlass帶到他想去的地方，Wanlass立即負責創造和制造MOS晶體管和IC。

Wanlass把他精湛的MOS設計技能帶到了GME。他在仙童公司成功地制造了MOSFET和小型MOS集成電路，所以他帶來了這些能力，但他還帶來了另一件重要的事情。在仙童公司工作時，Wanlass發現，如果他用電子束汽化法而不是熱蒸發法來蒸發半導體晶片上的鋁互連，他可以大大減少MOS特性的時間和溫度漂移。仙童公司一直在其地下室建造電子束蒸發器。它是最早擁有這種類型的蒸發器的半導體公司之一。

在一次採訪中，Wanlass說："有一天，我在101高速公路上开車，在一個星期天，它擊中了我。這一定是鈉，我把一些鋁线送去做光譜分析。我從我的大學工作中知道，我的一些論文工作，鈉......我知道一個事實，鈉，只要有一點溫度和電壓的幫助，就會直接擴散通過石英。它有一個非常高的擴散商。我知道這一點。那是在大學裏做的實驗。"

由於懷疑熱汽化過程在某種程度上將受污染的鋁沉積在半導體晶片上，而這種受污染的鋁導致器件漂移，Wanlass嘗試將鉑金蒸發到晶片上，而不是鋁。鉑金沒有化學蝕刻，所以他不得不用尖頭鎢探針手工在鉑金層上劃出柵極。由此產生的MOSFET幾乎沒有漂移。然後他嘗試使用黃金和其他金屬，但鉑金更勝一籌。然後，爲了完整起見，Wanlass使用電子束蒸發器將鋁放在晶圓上。他們也沒有漂移得那么厲害，鋁的電子束蒸發很快成爲MOS工藝配方的一部分。這一切都發生在Wanlass還在仙童公司的時候，他把這些重要的知識帶到了GME。

最終，業界會明白，鈉離子污染會導致漂移，並隨着時間的推移殺死p溝道MOSFET，同時使其無法建立工作的n溝道MOSFET。當鋁被拉過线模以制造作爲氣相沉積原料的鋁线時，就被鈉污染了。线模是用鈉來潤滑的。電子束汽化採用了一個快門機制，將硅片從熔化鋁的坩堝中遮擋起來，直到鋁達到其蒸發溫度。鈉的沸點比鋁低得多，因此在蒸發室的快門打开並將晶圓暴露在鋁蒸汽中之前，鈉就已經沸騰並消散了。

Wanlass在GME使用電子束蒸發器對晶圓進行金屬化處理，到1964年5月，他已經生產出一個可以工作的、分立的MOS晶體管。該公司在仙童公司能夠做到這一點之前幾個月就將這一器件推向了商業化。然後，Wanlass制造了一個20位移位寄存器的單片MOS集成電路，這不是因爲客戶的要求，而僅僅是因爲他能做到。20位移位寄存器是一個非常好的MOS IC示範載體。當時，移位寄存器是業界首選的小型數字存儲器件的形式，因爲其引腳數少，同時允許器件安裝在TO-5金屬罐晶體管封裝中，引腳數多達12個。

盡管GME在1964年在洛杉磯舉行的WESCON（西部電子展和會議）上有一個展位，但該公司還租了一個酒店房間，只是爲了展示Wanlass的移位寄存器集成電路。GME的MOS移位寄存器集成電路演示給潛在客戶留下了深刻印象，牢固確立了GME在MOS集成電路方面的領導地位，並將Wanlass定位爲MOS集成電路开發方面的行業權威。

GME的MOS移位寄存器集成電路演示，公司作爲MOSFET供應商的聲譽不斷提高，以及GME創始人之一、退役的美國海軍陸战隊上校Art Lowell的銷售技巧和關系，吸引了來自美國政府的客戶。該公司的第一份MOS設計合同是與美國國家航空航天局（NASA）籤訂的，爲行星際監測平台航天器設計一個帶有六或七個MOSFET的集成電路，該項目由位於馬裏蘭州格林貝爾特的NASA戈達德空間飛行中心管理。航天器有嚴格的功率限制，因此低功率MOS集成電路似乎是爲該項目量身定做的。超級機密的國家安全局（NSA）也成爲GME的早期客戶。Wanlass回憶說，國家安全局有一個雄心勃勃的計劃，要把帶有解密電路的無线通信放到士兵的頭盔裏。

器件密度使GME走上了通向MOS集成電路早期命運的道路：計算器。GME與Victor Comptometer籤署了一項協議，建立一個由至少20個IC組成的MOS計算器芯片組，每個IC包含數百個電路元件，包括MOSFET。這本應是Wanlass的一個夢想項目，但他可以看到，GME將無法應對這一挑战。Wanlass於1964年12月離开GME，當時計算器項目剛剛开始。正如他所料，GME的計算器項目被拖延所困擾。該公司开始出現資金問題，並於1966年被 Philco-Ford公司收購。它成爲 Philco-Ford公司的微電子部，通用微電子的品牌也不復存在。Philco-Ford公司最終在1968年放棄了Victor計算器項目，幾年後福特公司決定將其出售，公司本身也不復存在。"GME倒閉了，因爲他們沒有足夠的錢，而且他們推得太快，太急了，"Wanlass在接受採訪時說。

當他離开GME時，Wanlass和他的四個同事首先試圖創辦自己的半導體公司，但交易失敗了。相反，該團隊加入了通用儀器（GI：General Instrument），這是一家東海岸的電子集團，希望將半導體制造，特別是集成電路制造，加入其投資組合。GI已經從其他半導體制造商那裏聘請了經理，包括Philco和IBM。加入Wanlass和他的團隊確定了新的半導體部門的方向：MOS。

Wanlass在GI做的第一件事是設計和制造了一個21位的移位寄存器IC，比GME的設備大一個位，這樣GI就可以聲稱擁有最大的設備。很快，GI推出了50位和90位MOS移位寄存器IC。然後，Wanlass在GME任職期間所做的事情又給他帶來了投資回報。1964年，當Wanlass在WESCON的酒店套房裏演示GME的20位移位寄存器時，他遇到了一位名叫Bob Booher的工程師，他當時在Rockwell Autonetics工作，這是一家航空電子承包商，尤其以开發美國潛艇和ICBM的慣性制導系統而聞名。在那次會面中，Wanlass似乎把他對MOS集成電路的熱情感染了Booher。

幾年後，Booher在GI找到了Wanlass，問GI是否可以制造他設計的一個芯片。這是一個數字差分分析儀（DDA：Digital Differential Analyzer），在那個時代是一個非常雄心勃勃的設備。Booher的DDA是Vannevar Bush的微分分析儀的數字實現，在數字電子計算機出現之前，這種機械模擬計算機被廣泛用於數值解微分方程。最終，羅克韋爾自控公司將成立自己的半導體制造小組，但那是在未來，而且羅克韋爾當時無法制造如此大的芯片。該芯片設計需要幾千個晶體管，是迄今爲止Wanlass見過的最復雜的集成電路設計。此外，Booher還开發了一種新穎的4相時鐘方案，可以產生快速的動態邏輯門，同時節省了硅的空間。Wanlass同意爲Booher制造該芯片，並且該器件已經成功。1966年8月，GI展示了這個裝置，布赫欣喜若狂。

到了1967年，Wanlass臭名昭著的缺乏耐心的特點再次顯現出來。他做了一個他不喜歡的交易，但這一次，困擾他的是地點問題。GI的半導體設施位於紐約長島的希克斯維爾。Wanlass作爲一個西部人成長起來，他不喜歡東海岸的天氣，也不喜歡工會的勞動力。他建議將GI的整個半導體業務轉移到他長大的地方猶他州。爲了讓他高興，GI允許Wanlass在猶他州的鹽湖城建立一個研發實驗室，他在那裏獲得了博士學位。考慮到鈉對MOS集成電路的影響，也許一個名爲鹽湖城的小鎮並不是MOS半導體實驗室的理想場所，但這筆交易使Wanlass繼續爲GI工作，至少多工作了幾年。該實驗室於1967年8月落成。在此期間，GI公司成爲MOS集成電路設計和制造的領導者。1970年，Wanlass離开了GI，此後該公司在集成電路行業的地位迅速惡化。

作爲一個精力充沛的MOS傳道者，Wanlass直接或間接地幫助一些公司進入MOS集成電路業務。仙童半導體的研究人員繼續從他在那裏工作時的工作中受益。1965年3月，Wanlass會見了IBM研究院的人員，並與他們分享了他在MOS集成電路設計方面的知識。IBM研究院很快成爲MOS研究的一個焦點。1966年，仙童公司從IBM聘請了Lee Boysel。盡管他爲IBM工作，但他基本上是在GI做學徒，所以當他加入仙童半導體時，他對MOS IC技術的各個方面都很熟悉，包括Booher的4相時鐘方案。1969年，Boysel成立了自己的計算機和MOS半導體公司--四相系統。仙童半導體還從GME聘請了Bob Cole，他曾在GME的MOS制造業務中作爲首席工程師與Wanlass合作。據報道，德州儀器的第一個MOS集成電路是Wanlass設計的GI芯片的反向工程拷貝。

當戈登-摩爾在1968年共同創立英特爾公司以制造MOS存儲器集成電路時，他試圖僱用Wanlass，但Wanlass與GI籤訂了7年的合同，拒絕了這一提議。然而，英特爾的首席MOS工程師參加了GI的研討會，Wanlass在會上詳細介紹了GI的MOS工作。Wanlass在任何時候都熱切地分享信息，因爲他的主要目標是使業界對MOS集成電路的使用更加繁榮。這並不是說Wanlass不能保守祕密。在他獲得博士學位之前，他曾在美國陸軍特種部隊呆過幾年，處理原子武器的祕密，他已經厭倦了保守祕密。

半導體的歷史常常將Wanlass描述爲 "沒有耐心"，這是有道理的。只要他認爲有利於MOSFET的發展，他就會離开僱主去尋找更廣闊的天地。半導體行業確實很幸運，他是如此沒有耐心。他的執着驅使他去任何最有機會幫助MOSFET實現他在猶他大學讀博士時設想的命運的地方，無論這需要更換僱主，給其他半導體制造商的研究人員做詳細的技術報告，應要求提供大量的免費建議，甚至從競爭的半導體供應商那裏收徒。

Wanlass的歷史記錄在他1970年離开GI後很快就消失了。他似乎已經搬到了加州和硅谷。離开GI後，Wanlass曾爲幾個初創的半導體公司工作，創立或參與其中，其中包括：

Varadyne是一家位於加利福尼亞州聖莫尼卡的基礎廣泛的電子元件制造商，它收購了MOS設計公司Integrated Systems Technology，該公司在1966年被Philco-Ford收購後從GME分離出來。

位於加州桑尼維爾的CMOS手表芯片制造商LSI系統公司，該公司於1976年被約翰-馬歇爾收購，並更名爲集成技術公司，保留Wanlass作爲設計顧問。

位於加州庫比蒂諾的計算機和內存芯片制造商四相系統公司。

Ultra Logic，Wanlass的CMOS工藝咨詢公司，該公司开發了早期的BiCMOS工藝並獲得專利，稱爲UltraCMOS，該工藝將CMOS邏輯與雙極輸出晶體管相結合。

加州桑尼維爾的Zytrex公司，該公司於1981年收購了Wanlass的Ultra Logic公司並任命他爲首席技術官。

位於紐約哈帕克的標准微系統公司，該公司於2012年被Microchip收購。

當Wanlass擔任首席技術官時，Robert Plachno是Zytrex公司的工程副總裁。Plachno回憶說，Wanlass可以坐下來，用一支鉛筆和一張紙設計一個新的CMOS工藝，在紙上有序地寫下工具流程以及每個工藝步驟所需的時間和溫度。他還回憶說，Wanlass會在一張E大小的Mylar紙上手工設計一個新的集成電路，用他車庫裏的一張乒乓球台作爲工作桌。

1991年，Wanlass成爲IEEE固態電路獎的第三位獲獎者，現在稱爲IEEE Donald O. Pederson Award的固態電路獎。在2009年MOSFET和集成電路問世50周年之際，Frank Wanlass 因其發明的CMOS電路而入選國家發明家名人堂。1994年，他已經退休，但仍在繼續搗鼓電子和計算機。

最終，Wanlass對MOS集成電路的設想成爲現實。他於2010年去世，因此他有充分的機會看到MOSFET和CMOS成爲今天幾乎所有集成電路的基礎電路元件。他的個性化加州車牌上寫着 "I LUV CMOS"，這對業界的第一位MOS傳道者來說是一個合適的信息。

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