pMOS

Un transistor pMOS est un transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur construit sur un substrat de type N avec une couche d'inversion de type P comme canal conducteur. Le courant circule à travers des trous (porteurs de charge positifs) plutôt que des électrons. Le dispositif commute ou amplifie en appliquant une tension négative à la grille par rapport à la source, ce qui attire les trous dans le canal et réduit la barrière de potentiel. Lorsque la tension de grille atteint le seuil, environ -0,4 à -0,7 volts selon le nœud de processus, le canal devient conducteur.

Les transistors pMOS sont plus lents que leurs homologues nMOS car la mobilité des trous dans le silicium est environ 2,5 fois inférieure à la mobilité des électrons. Ce compromis est accepté car les dispositifs pMOS excellent à tirer les lignes de signal vers la tension d'alimentation positive (VDD), complétant les dispositifs nMOS qui tirent vers la masse. Dans la logique CMOS (Complementary MOS), l'appariement de pMOS et nMOS en configuration push-pull élimine la consommation de courant en régime permanent, faisant du CMOS la famille logique dominante depuis les années 1980.

Modes de défaillance courants et contraintes pratiques

L'électromigration et les effets de porteurs chauds affectent moins sévèrement les pMOS que les nMOS à géométrie égale, mais les effets thermiques dominent toujours les préoccupations de fiabilité modernes. La dégradation de l'oxyde de grille sous contrainte de tension négative grille-source reste une considération de conception. Dans les circuits analogiques, les dispositifs pMOS sont préférés comme sources de courant et charges actives car leur impédance de sortie élevée et leur courant contrôlé par la grille les rendent adaptés aux étages de gain. La faible vitesse de commutation limite les pMOS aux applications où la vitesse n'est pas le goulot d'étranglement, telles que les réseaux de polarisation ou les miroirs de courant à haute impédance.

La désignation « p » fait uniquement référence au type de dopage du canal, distinguant clairement les pMOS des nMOS dans la notation schématique et les tableaux de fiches techniques. Les nœuds de processus modernes jusqu'à 5 nanomètres utilisent toujours des transistors pMOS dans les bibliothèques logiques, bien que la distinction entre les dopants de type P et de type N devienne moins intuitive à mesure que la mise à l'échelle de la longueur de grille approche des limites physiques. Les règles de tracé pour les pMOS mettent l'accent sur la connexion de la source et du substrat à VDD et exigent une attention particulière aux chemins de conduction des diodes parasites si des variations inattendues de la tension du substrat se produisent.