基础概念

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PMOS工作原理

金属氧化物半导体场效应(MOS)晶体管可分为N沟道与P沟道两大类,P沟道硅MOS 场效应晶体管在N型硅衬底上有两个P+区,分别叫做源极和漏极,两极之间不导通,柵极上加有足够的正电压(源极接地)时,柵极下的N型硅表面呈现P型反型层,成为连接源极和漏极的沟道。改变栅压可以改变沟道中的电子密度,从而改变沟道的电阻,这种MOS场效应晶体管称为P沟道增强型场效应晶体管。如果N型硅衬底表面不加栅压就已存在P型反型层沟道,加上适当的偏压,可使沟道的电阻增大或减小,这样的MOS场效应晶体管称为P沟道耗尽型场效应晶体管。统称为PMOS晶体管。

P沟道MOS晶体管的空穴迁移率较电子迁移率低很多,因而在MOS晶体管的几何尺寸和工作电压绝对值相等的情况下,PMOS晶体管的跨导小于N沟道MOS晶体管。此外,P沟道MOS晶体管阈值电压的绝对值一般偏高,要求有较高的工作电压。PMOS因逻辑摆幅大,充电放电过程长,加之器件跨导小,所以工作速度更低,在NMOS电路(见N沟道金属—氧化物—半导体集成电路)出现之后,多数已为NMOS电路所取代。只是,因PMOS电路工艺简单,价格便宜,有些中规模和小规模数字控制电路仍采用PMOS电路技术。PMOS的特性,Vgs小于一定的值就会导通,适合用于源极接VCC时的情况(高端驱动)。

电子迁移率>空穴迁移率

SI原子的核外电子数是4,组成晶体后,相邻的SI原子之间会共享核外电子,也就是电子共有化,一个SI原子会与四个其他的SI原子相邻,形成了共价键,这样一来就有8个核外电子,处于稳定状态。我们通过参入5族/3族元素,就形成了自由电子/空穴。如果参入5族元素,那就是8+1,多出来的那个,就是自由电子,如果参入3族元素,那就是8-1,少了一个,共价键上有形成了一个空位,这个空位被称为空穴,所以空穴并不是实体粒子。但是呢,我们又不能简单地将空穴运动等同于电子的反向运动,因为在量上他们是不一样。

施加电场后,自由电子的运动,至始至终是不受共价键影响的,它处于共价键之外,电场能量可以几乎“无损”地作用于电子定向运动。然而空穴就不一样了,因为空穴处于共价键之上,空穴运动是邻近电子不断摆脱共价键束缚的过程,也就是不断克服共价键束缚力做工的过程,在这个过程中共价键在做“负功”,所以要让空穴电流等于电子电流,就需要施加更强的电场,这也就是电子迁移率>空穴迁移率的原因。

也就是说形成一个P型层比形成一个N型层更难。

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