nMOS와 pMOS의 차이: 캐리어·이동도·문턱 전압·CMOS에서의 역할 비교
nMOS는 전자가, pMOS는 정공이 채널을 흐르는 MOSFET으로, 전압의 방향이 모두 반대가 됩니다. nMOS는 게이트를 소스보다 높게 하면 온이 되고, pMOS는 게이트를 소스보다 낮게 하면 온이 됩니다. 실리콘에서는 전자의 이동도가 정공의 약 2~3배이므로, 같은 치수라면 nMOS가 더 큰 전류를 흘릴 수 있습니다. CMOS 회로에서는 nMOS가 출력을 접지로, pMOS가 출력을 전원으로 끌어당기는 역할을 분담하며, pMOS의 게이트 폭을 넓혀 구동력을 맞춥니다.
| 비교 항목 | nMOS | pMOS |
|---|---|---|
| 구조 | p형 기판이나 p웰 안에 n⁺ 소스와 드레인 | n웰 안에 p⁺ 소스와 드레인 |
| 채널을 흐르는 캐리어 | 전자 | 정공 |
| 이동도(실리콘 반전층) | 큼. 정공의 약 2~3배 | 작음 |
| 문턱 전압(인핸스먼트형, 소스 기준) | 양(예: +0.3 V) | 음(예: −0.3 V) |
| 온이 되는 조건 | VGS > Vth. 게이트를 소스보다 높게 함 | VGS < Vth(음). 게이트를 소스보다 |Vth| 이상 낮게 함 |
| CMOS에서 소스의 연결처 | 접지 쪽 | 전원(VDD) 쪽 |
| CMOS에서의 역할 | 풀다운. 출력을 접지로 끌어내림. NAND에서는 직렬, NOR에서는 병렬 | 풀업. 출력을 전원으로 끌어올림. NAND에서는 병렬, NOR에서는 직렬 |
| 스위치로서 잘 전달하는 값 | 0을 잘 전달함. 1은 VDD − Vth 정도까지만 올라감 | 1을 잘 전달함. 0은 |Vth| 정도까지만 내려감 |
| 같은 구동력에 필요한 게이트 폭 | 기준(1배) | nMOS의 약 2~3배가 기본 |
| 이동도를 높이는 변형 | 인장 변형(응력 라이너, Si:C 소스·드레인 등) | 압축 변형(SiGe 소스·드레인 등) |
| 대표적인 열화 | PBTI(High-k/메탈 게이트에서 문제가 됨) | NBTI |
수치는 대략적인 자릿수 기준이며, 공정 세대와 제품에 따라 달라져요.