pMOS
Ein MOSFET mit p-dotiertem Kanal, das heißt ein Halbleiter, der mit einem Element dotiert ist, das einen Überschuss an Löchern erzeugt.
pMOS: der MOSFET, der über Löcher statt Elektronen leitet
Ein pMOS-Transistor ist ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, aufgebaut auf einem n-dotierten Substrat mit einer p-dotierten Inversionsschicht als Leitungskanal. Der Strom fließt durch Löcher (positive Ladungsträger) statt durch Elektronen. Das Bauteil schaltet oder verstärkt durch Anlegen einer negativen Spannung am Gate relativ zur Source, was Löcher in den Kanal zieht und die Potentialschwelle senkt. Wenn die Gate-Spannung den Schwellwert erreicht, etwa -0,4 bis -0,7 Volt je nach Fertigungsprozess, leitet der Kanal.
pMOS-Transistoren sind langsamer als ihre nMOS-Gegenstücke, weil die Lochbeweglichkeit in Silizium etwa 2,5-mal niedriger ist als die Elektronenbeweglichkeit. Dieser Kompromiss wird akzeptiert, weil pMOS-Bauelemente hervorragend Signalleitungen auf die positive Versorgungsspannung (VDD) ziehen, was nMOS-Bauelemente ergänzt, die zur Masse ziehen. In der komplementären MOS-Logik (CMOS) hebt die Push-Pull-Anordnung von pMOS und nMOS den gleichzeitigen Stromfluss auf und macht CMOS seit den 1980er Jahren zur dominierenden Logikfamilie.
Häufige Ausfallarten und praktische Einschränkungen
Elektromigration und Hot-Carrier-Effekte beeinflussen pMOS weniger gravierend als nMOS bei gleicher Geometrie, doch thermische Effekte dominieren immer noch die Zuverlässigkeitsbetrachtungen moderner Bauelemente. Degradation der Gate-Oxidschicht unter negativer Gate-Source-Spannungsbelastung bleibt ein Designgesichtspunkt. In Analogschaltungen werden pMOS-Bauelemente bevorzugt als Stromquellen und aktive Lasten eingesetzt, weil ihre hohe Ausgangsimpedanz und die gate-gesteuerte Strom sie für Verstärkerstufen eignen. Die langsame Schaltgeschwindigkeit begrenzt pMOS auf Anwendungen, bei denen Geschwindigkeit kein Engpass ist, etwa in Bias-Netzwerken oder hochohmigen Stromspiegel-Schaltungen.
Die Bezeichnung "p" bezieht sich rein auf den Dotierungstyp des Kanals und unterscheidet pMOS deutlich von nMOS in Schaltplannotation und Datenblatt-Tabellen. Auch moderne Prozessknoten bis hinab zu 5 Nanometern verwenden pMOS-Transistoren in den Logik-Bibliotheken, obwohl die Unterscheidung zwischen p-dotierten und n-dotierten Dotierstoffen weniger intuitiv wird, je näher die Gate-Länge an physikalische Grenzen heranrückt. Layout-Regeln für pMOS betonen die Verbindung von Source und Bulk mit VDD und erfordern sorgfältige Beachtung parasitärer Diodenleitung, falls die Substratspannung unerwartet oszilliert.