NMOS, PMOSの構造と動作

NMOS, PMOSの構造

まずはMOS(Metal Oxide Semiconductor)の構造からです。

図のように、ゲートなどの電極、絶縁膜、ソース/ドレイン/基板などの半導体から構成されています。
この電極-絶縁膜-基板が、金属-酸化物-半導体であることから、その頭文字M-O-Sを取り、
MOSと呼ばれてます。

MOSの構造

次に、NMOS(Negative MOS), PMOS(Positive MOS)の構造です。
上が平面図、下が断面図です。
ご覧の通り、ゲートの電極以外、全く逆の構造になっていることが分かるかと思います。

nmos,pmosの構造

最後に、CMOS(Complementary MOS)でのNMOS, PMOSの構造です。
N型基板(N-sub)もありますが、現在は、P型基板(P-sub)が主流のようです。

cmosでのnmos,pmosの構造

NMOS, PMOSの動作

次にNMOSの動作です。

まず、ドレイン、ソース、バルクを接続し、Vdsを印加します。
ドレイン-ソース間は、NPN接続なので電流が流れない状態です。

その状態で、ゲートにVddを印加してやると、
まず基板内の電子、そしてソース、ドレイン内の電子が引きよせられ、
ゲート直下に電子の層が形成されます。

この層は、余剰な電子を持つことで、
これまでのP型からN型に反転した反転層となります。

その結果、ドレイン-ソース間がNNN接続となり、電流が流れるようになります。

これがNMOSの動作です。
なお、この電流が流れる経路を指し、Nch Trとも呼びます。

では実際に動作を確認してみてください。
(図をポチッと・・・)

PMOSの動作は、NMOSと極性を反転させたものとなります。

具体的には、NMOSのドレイン-ソース間がNPN接続であるのに対して、
PMOSはPNP接続となるため、ゲートにGndを印加してその門(ゲート)を開きます。

つまり、ゲート直下に正の電子を引き寄せることで、
N型からP型に反転した反転層を形成し、
その結果、ドレイン-ソース間がPPP接続(Pch)となり、電流が流れるようになります。

これがPMOS(Pch Tr)の動作です。