為什麼NMOS管比PMOS管更受歡迎？

之前微碧出過一期《相較於PMOS，NMOS在DC-DC上管中更有哪些優勢？》這篇推文，其中有簡單介紹過NMOS和PMOS在應用上的一些區別優勢。那麼今天這一期我們就來詳細討論NMOS在實際應用中為何比PMOS要更受歡迎。看完覺得有幫助的朋友可以點個贊和關注支持下！

本文將從導電溝道、電子遷移率和器件速度等多個方面來展開講解。

首先是在性能方面考慮：

與NMOS管驅動能力相同的一個PMOS管，其器件面積可能是NMOS管的2～3倍，然而器件面積會影響導通電阻、輸入輸出電容，而這些相關的參數容易導致電路的延遲。

同樣，在相同的尺寸條件下，PMOS管溝道導通電阻比NMOS要大一些，這樣開關導通損耗相應也會比NMOS管要大一些。

在溝道方面我們還可以進行再詳解：

NMOS 的溝道是由 n 型半導體構成，而PMOS 的溝道則是由 p 型半導體構成的。由於 n 型半導體的電子濃度比 p 型半導體高，所以 NMOS 的電子遷移率比 PMOS 高，也就是說，在相同的電場下，NMOS 中的電子速度比 PMOS 中的電子速度快。

在這裏我們需要提到，由於有了遷移率的差別，才有速度與溝道導通電阻的差別，也正是如此，PMOS管的應用範圍受到限制。

在工藝方面，PMOS管與NMOS管的製造差異並不大，隨著工藝的不斷進步，這種差異也已經越來越小。

那麼，為什麼MOS 的電子遷移率比 PMOS 高，NMOS 中的電子速度比 PMOS 中的電子速度快？

我們簡單先瞭解電子/空穴遷移率：

電子遷移率，指的是電子在電場力作用下運動快慢的物理量。

電子濃度相同的兩種半導體材料，一般情況下，在兩端施加相同的電壓，遷移率更大的那個半導體材料，它裏面的電子運動速度越快，單位時間通過的電子數會越多，也就是說，電流越大。

因此我們可以解釋為，電子遷移率越高的半導體材料，其電阻率越低，在通過相同的電流時，其損耗會越小。

空穴遷移率與電子遷移率一樣，空穴遷移率越高，損耗越小。

不過在一般情況下（上面也有提到），電子的遷移率是要比空穴要高的。

這是因為空穴是電子的空位，空穴的運動，本質上來講，是電子從一個空穴移動到另外一個空穴。

這裏就要回來講NMOS和PMOS的導電溝道差異了。

MOS的載流子只有一種，電子或者空穴。在偏壓下會形成反型層作為導電溝道，也就是載流子的遷移路徑。

MOS管在導通時形成的是N型導電溝道，也就是說用來導電的是電子。而PMOS管導通，形成的是P型導電溝道，用來導電的是空穴。簡單筆記如下：

NMOS是N型溝道，載流子是電子；

PMOS是P型溝道，載流子是空穴。

一般而言，電子遷移速率是空穴遷移速率的五到十倍，根據材料和結構以及其本身特性的不同，這個倍數甚至會更高。

因為電子比空穴的遷移率要高，所以同體積大小與同摻雜的情況下，NMOS管的損耗要比PMOS管小很多。

除了功耗之外，電子/空穴遷移率還影響著器件的速度。

NMOS管的截止頻率（輸入/輸出=1時的頻率）

從結果會得出，截止頻率與電子遷移率成正比。

因此，電子遷移率越高，NMOS管可以在更高的頻率的情況下工作。

當NMOS的Vgs電壓高頻率變化時，形成的導電溝道的厚薄也會跟著發生變化。

這個導電溝道的變化是通過電子的移動來形成的，電子移動速度越快（換言之電子遷移率越高），那麼導電溝道就能更快地回應Vgs的變化，其中的緣由涉及到NMOS管的工作原理。

這就說明，電子遷移率越高，器件的工作頻率越高。

同樣的，PMOS管也一樣。

除了以上講的幾個方面外，選擇NMOS管較多的還有其他因素，比如價格問題，市面上的PMOS一般會比NMOS的價格要高，這是因為市場經濟方面多個因素構成的，在選擇MOS管時，NMOS在綜合考慮之後被選擇的要多的多。

對於NMOS管在實際應用中更受歡迎的原因，微碧做了個簡單總結：

1. NMOS的溝道導通電阻要比PMOS小得多，其開關導通損耗較小；

2. NMOS是N型溝道，載流子是電子；PMOS是P型溝道，載流子是空穴。電子遷移速率比空穴遷移速率要快，在損耗方面與開關速度方面NMOS更有優勢；

3. N型MOS管通過的電流能力相比PMOS會更大；

4.市面上的價格等因素影響

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