MOS概述

金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)(MOS)晶體管可分為N溝道與P溝道兩大類(lèi)， P溝道硅MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管在N型硅襯底上有兩個(gè)P+區(qū)，分別叫做源極和漏極，兩極之間不通導(dǎo)，源極上加有足夠的正電壓(柵極接地)時(shí)，柵極下的N型硅表面呈現(xiàn)P型反型層，成為連接源極和漏極的溝道。改變柵壓可以改變溝道中的空穴密度，從而改變溝道的電阻。這種MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管稱(chēng)為P溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。如果N型硅襯底表面不加?xùn)艍壕鸵汛嬖赑型反型層溝道，加上適當(dāng)?shù)钠珘?，可使溝道的電阻增大或減小。

這樣的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管稱(chēng)為P溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。統(tǒng)稱(chēng)為PMOS晶體管。P溝道MOS晶體管的空穴遷移率低，因而在MOS晶體管的幾何尺寸和工作電壓絕對(duì)值相等的情況下，PMOS晶體管的跨導(dǎo)小于N溝道MOS晶體管。此外，P溝道MOS晶體管閾值電壓的絕對(duì)值一般偏高，要求有較高的工作電壓。它的供電電源的電壓大小和極性，與雙極型晶體管——晶體管邏輯電路不兼容。PMOS因邏輯擺幅大，充電放電過(guò)程長(zhǎng)，加之器件跨導(dǎo)小，所以工作速度更低，在NMOS電路(見(jiàn)N溝道金屬—氧化物—半導(dǎo)體集成電路)出現(xiàn)之后，多數(shù)已為NMOS電路所取代。只是，因PMOS電路工藝簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，有些中規(guī)模和小規(guī)模數(shù)字控制電路仍采用PMOS電路技術(shù)。MOSFET共有三個(gè)腳，一般為G、D、S，通過(guò)G、S間加控制信號(hào)時(shí)可以改變D、S間的導(dǎo)通和截止。PMOS和NMOS在結(jié)構(gòu)上完全相像，所不同的是襯底和源漏的摻雜類(lèi)型。

簡(jiǎn)單地說(shuō)，NMOS是在P型硅的襯底上，通過(guò)選擇摻雜形成N型的摻雜區(qū)，作為NMOS的源漏區(qū);PMOS是在N型硅的襯底上，通過(guò)選擇摻雜形成P型的摻雜區(qū)，作為PMOS的源漏區(qū)。兩塊源漏摻雜區(qū)之間的距離稱(chēng)為溝道長(zhǎng)度L，而垂直于溝道長(zhǎng)度的有效源漏區(qū)尺寸稱(chēng)為溝道寬度W。對(duì)于這種簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，器件源漏是完全對(duì)稱(chēng)的，只有在應(yīng)用中根據(jù)源漏電流的流向才能最后確認(rèn)具體的源和漏。PMOS的工作原理與NMOS相類(lèi)似。因?yàn)镻MOS是N型硅襯底，其中的多數(shù)載流子是電子，少數(shù)載流子是空穴，源漏區(qū)的摻雜類(lèi)型是P型，所以，PMOS的工作條件是在柵上相對(duì)于源極施加負(fù)電壓，亦即在PMOS的柵上施加的是負(fù)電荷電子，而在襯底感應(yīng)的是可運(yùn)動(dòng)的正電荷空穴和帶固定正電荷的耗盡層，不考慮二氧化硅中存在的電荷的影響，襯底中感應(yīng)的正電荷數(shù)量就等于PMOS柵上的負(fù)電荷的數(shù)量。當(dāng)達(dá)到強(qiáng)反型時(shí)，在相對(duì)于源端為負(fù)的漏源電壓的作用下，源端的正電荷空穴經(jīng)過(guò)導(dǎo)通的P型溝道到達(dá)漏端，形成從源到漏的源漏電流。同樣地，VGS越負(fù)(絕對(duì)值越大)，溝道的導(dǎo)通電阻越小，電流的數(shù)值越大。與NMOS一樣，導(dǎo)通的PMOS的工作區(qū)域也分為非飽和區(qū)，臨界飽和點(diǎn)和飽和區(qū)。當(dāng)然，不論NMOS還是PMOS，當(dāng)未形成反型溝道時(shí)，都處于截止區(qū)，其電壓條件是：VGS|VGS|>|VTP (PMOS)|，值得注意的是，PMOS的VGS和VTP都是負(fù)值。PMOS集成電路是一種適合在低速、低頻領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的器件。PMOS集成電路采用-24V電壓供電。MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有很高的輸入阻抗，在電路中便于直接耦合，容易制成規(guī)模大的集成電路.

在2004年12月的國(guó)際電子器件會(huì)議(IEDM)上表示：雙應(yīng)力襯墊(DSL)方法導(dǎo)致NMOS和PMOS中的有效驅(qū)動(dòng)電流分別增加15%和32%，飽和驅(qū)動(dòng)電流分別增加11%和20%。PMOS的空穴遷移率在不使用SiGe的情況下可以提高60%，這已經(jīng)成為其他應(yīng)變硅研究的焦點(diǎn)。

反向保護(hù)電路中用到PMOS，不用使用二極管是壓降更小耗散無(wú)用功更少。別看有一個(gè)寄生正向二極管，但它完全沒(méi)有用處。在電路正常通電時(shí)，GATE接在遠(yuǎn)低于D端的0電位上，此PMOS是完全導(dǎo)通的。反接電源時(shí)GATE的電位又遠(yuǎn)高于S端，PMOS完全截止。