NMOS 与 PMOS
NMOS and PMOS也称 n 沟道、p 沟道
以电子或空穴形成反型沟道、在极性和体区连接上互补的两类四端MOSFET。
速览
约 1 分钟NMOS通常在p型体区中以电子导电，正的栅源电压使其开启；PMOS通常在n阱中以空穴导电，栅电位相对源端足够低时开启。两者互补并不意味着参数完全对称：空穴迁移率通常较低，PMOS常需更大宽度才能接近NMOS的驱动能力。
系统理解
约 2 分钟NMOS与PMOS都由栅、源、漏和体区四个端口组成。源漏扩散区和体区形成寄生PN结，正常数字工作要求这些结保持反偏，因此NMOS体区通常接最低电位，PMOS的n阱通常接最高电位。器件的物理源漏在理想长沟道结构中近似对称，但电路中的源端由载流子供应、电位和体二极管方向共同确定，不能脱离偏置任意互换。
NMOS在VGS超过正阈值后形成电子反型沟道；PMOS在VSG超过|VTP|后形成空穴反型沟道。采用电流有符号表达时，PMOS的VGS、VDS和ID常为负；工程比较更常使用VSG、VSD和|ID|，避免把符号差误解为器件不导电。由于电子和空穴的有效迁移率不同，同尺寸、同过驱动下两类器件的导通电流、跨导和延迟通常不同。
CMOS用PMOS网络上拉、NMOS网络下拉，使稳态时理想情况下只有一侧导通。尺寸比可以补偿驱动差异，却不能消除阈值、迁移率、体效应、沟道长度调制、漏电和工艺角变化。因而NMOS/PMOS的比较必须同时注明工艺、几何尺寸、端口偏置和温度。
主路径位于MOSFET之后、CMOS反相器之前，承担器件极性到互补电路的转换。
公式提示
长沟道强反型近似下，|Iᴅ,sat|≈½μCₒₓ(W/L)Vₒᵥ²；匹配上拉/下拉驱动时Wp/Wn≈μn/μp只是等L、近似同过驱动下的起点。
关键参数
| 参数 | 单位 | 含义 |
|---|---|---|
| Vₜₙ、Vₜₚ | V | NMOS与PMOS阈值；PMOS常用绝对值比较。 |
| μₙ、μₚ | cm²/(V·s) | 电子与空穴有效迁移率，影响单位尺寸驱动能力。 |
| W/L | — | 沟道宽长比，决定一阶导通电流、跨导和输入电容。 |
| VBS 或 VSB | V | 体源偏置，改变阈值并约束体二极管状态。 |
常见误区
- 把NMOS与PMOS理解为只是电路符号上下颠倒
- 认为物理结构近似对称就可以在任何电路里任意交换源漏
- 把PMOS漏电流的负号理解为器件不能提供上拉电流
- 把PMOS宽度约为NMOS两倍当成所有工艺都成立的固定规则
工程深入
12 条结论沟道、极性与端口
体区、阱与寄生结
电流、迁移率与尺寸
互补组合与工程边界
出处
3 份资料 · 3 处引用- 1
Modern Semiconductor Devices for Integrated Circuits
- 第 6 章 §§6.1–6.3，第 197–205 页 支持：NMOS与PMOS由沟道载流子和偏置极性区分；两类器件用相反的栅源极性建立反型层；MOSFET本质上是四端器件；体区和阱的电位用于保持源漏结反偏；物理近似对称不等于电路中可任意交换源漏；n阱使PMOS能够与NMOS集成在同一晶片；长沟道饱和电流以迁移率和宽长比缩放；同尺寸PMOS通常比NMOS驱动弱；PMOS加宽是驱动匹配的起点而非固定比例；PMOS电流负号来自参考方向；互补网络使稳态理想直通路径被切断；互补不等于参数镜像
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