PMOS

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Nicht-Gatter in PMOS-Technik

Die Abkürzung PMOS steht für englisch „p-channel metal-oxide semiconductor“ (deutsch: p-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter) und bezeichnet in der Mikroelektronik einen Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET), bei dem positiv geladene Ladungsträger (Defektelektronen) zur Leitung des elektrischen Stroms durch den Kanal genutzt werden (auch p-Kanal-MOSFET oder PMOSFET genannt). Schaltkreise, die nur p-Kanal-MOSFETs als Transistoren nutzen, werden als PMOS-Logik bezeichnet. Sie stellt das Komplement zur NMOS-Logik (n-channel metal-oxide-semiconductor) dar, die Elektronen zur Leitung des elektrischen Stroms nutzt.

Technik[Bearbeiten]

Die Majoritätsladungsträger – grob gesagt die dominierende Ladungsträgerart, auf deren Bewegung die Funktion basiert – beim PMOSFET sind Defektelektronen (Löcher), statt Elektronen beim NMOSFET. Daraus ergibt sich, dass der Transistorkanal eines PMOSFETs vom Anreicherungstyp aus einem n-dotierten und ein PMOSFET vom Verarmungstyp aus einem p-dotierten Halbleitermaterial besteht.

Da Defektelektronen eine rund dreimal geringere effektive Ladungsträgerbeweglichkeit als Elektronen aufweisen, zeigen PMOS-Transistoren bei gleicher Dimensionierung eine ungefähr um diesen Faktor geringere Schaltgeschwindigkeit als NMOS-Transistoren.[1] Die Schaltkreise, die nur PMOS-Tranistoren nutzen, werden auch unter dem Begriff PMOS-Technik zusammengefasst. Obwohl PMOS-Schaltungen zunächst einfacher herzustellen waren, wurden sie wegen dieses Nachteils bereits Mitte der 1970er Jahre durch die NMOS-Technik verdrängt.[2]

Da sowohl bei der reinen PMOS-Technik als auch bei der reinen NMOS-Technik die aktiven Transistoren mit einem passiven Lastwiderstand arbeiten, fließt im Normalbetrieb ein Strom, der für die Gesamtschaltung einen nicht zu vernachlässigenden Leistungsaufwand bewirkt. Dieser kann deutlich verringert werden, wenn die Lastwiderstände durch aktive, geschaltete Transistoren der jeweils komplementären Technologie ersetzt werden. Dieses ist bei der heute dominierenden CMOS-Technik (complementary metal-oxide-semiconductor, deutsch komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter), einer Schaltungskombination aus PMOS- und NMOS-Transistoren, verwirklicht.

Da für den gemeinsamen Einsatz in einer CMOS-Schaltung die PMOS- und NMOS-Transistoren ähnliche elektrische Eigenschaften aufweisen sollten, sind die PMOS-Transistoren in der Regel anders dimensioniert, beispielsweise haben sie eine größere Transistorweite. In modernen Schaltkreisen weisen PMOS-Transistoren noch weitere Unterschiede zu NMOS-Transistoren auf, so wird die Ladungsträgerbeweglichkeit durch eine Verspannung des Kanalmaterials erhöht (vgl. Gestrecktes Silizium) oder der Gate-Aufbau wird für jede Transistorart optimiert (Material, Dotierung usw.). Letzteres hat vor allem mit der Einführung der High-k+Metal-Gate-Technik an Bedeutung gewonnen.

Anwendungen[Bearbeiten]

Chip-Foto des PMOS SC/MP von National Semiconductor, 1976

PMOS-Technik war die erste wirtschaftlich produzierbare MOS-IC-Technik. So wurden beispielsweise der Intel 4004, der erste in Serie hergestellte Mikroprozessor, in PMOS-Technik hergestellt. Viele Produkte wurden später funktionskompatibel in NMOS hergestellt. Beispiele dafür sind UARTs, Tastaturcontroller oder der Mikroprozessor SC/MP von National Semiconductor. Wegen der günstigen Herstellungskosten konnten sich PMOS-Produkte längere Zeit in Anwendungen wie Taschenrechnern, Fernbedienungen oder Uhren-Schaltungen halten, bei denen es nicht auf höhere Geschwindigkeit oder geringen Stromverbrauch ankam.

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1.  Frank Kesel, Ruben Bartholomä: Entwurf von digitalen Schaltungen und Systemen mit HDLs und FPGAs. Oldenbourg Verlag, 2006, ISBN 9783486575569, S. 3, 131–132.
  2. vgl.  Wadhwa: Microprocessor 8085: Architecture, Programming, and Interfacing. PHI Learning Pvt. Ltd., 2010, ISBN 9788120340138, S. 9 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).