nMOS 與 pMOS 的差異:載子、遷移率、臨界電壓、在 CMOS 中的角色比較
nMOS 是由電子、pMOS 是由電洞流過通道的 MOSFET,所有電壓的方向都相反。nMOS 在閘極高於源極時導通,pMOS 則在閘極低於源極時導通。在矽中,電子的遷移率約為電洞的 2~3 倍,因此在相同尺寸下 nMOS 能流過較大的電流。在 CMOS 電路中,由 nMOS 負責將輸出拉向接地、pMOS 負責將輸出拉向電源,並加寬 pMOS 的閘極寬度以使驅動力一致。
| 項目 | nMOS | pMOS |
|---|---|---|
| 結構 | 在 p 型基板或 p 井中形成 n⁺ 的源極與汲極 | 在 n 井中形成 p⁺ 的源極與汲極 |
| 流過通道的載子 | 電子 | 電洞 |
| 遷移率(矽的反轉層) | 大。約為電洞的 2~3 倍 | 小 |
| 臨界電壓(增強型,以源極為基準) | 正(例:+0.3 V) | 負(例:−0.3 V) |
| 導通條件 | VGS > Vth。使閘極高於源極 | VGS < Vth(負)。使閘極比源極低 |Vth| 以上 |
| 在 CMOS 中源極的連接處 | 接地端 | 電源(VDD)端 |
| 在 CMOS 中的角色 | 下拉。將輸出拉向接地。在 NAND 中串聯,在 NOR 中並聯 | 上拉。將輸出拉向電源。在 NAND 中並聯,在 NOR 中串聯 |
| 作為開關容易傳遞的值 | 能良好傳遞 0。1 只能升到 VDD − Vth 左右 | 能良好傳遞 1。0 只能降到 |Vth| 左右 |
| 相同驅動力所需的閘極寬度 | 基準(1 倍) | 基本上約為 nMOS 的 2~3 倍 |
| 提高遷移率的應變 | 拉伸應變(應力襯層、Si:C 源極/汲極等) | 壓縮應變(SiGe 源極/汲極等) |
| 代表性的劣化 | PBTI(在 High-k/金屬閘極中成為問題) | NBTI |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。