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  • 亞閾值斜率詳解,亞閾值斜率計(jì)算公式介紹
    • 發(fā)布時間:2024-04-27 20:23:31
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    亞閾值斜率詳解,亞閾值斜率計(jì)算公式介紹
    亞閾值斜率
    亞閾值斜率S也稱亞閾值擺幅,其定義為亞閾值區(qū)漏端電流增加一個數(shù)量級所需要增大的柵電壓,反映了電流從關(guān)態(tài)到開態(tài)的轉(zhuǎn)換陡直度,具體對應(yīng)于采用半對數(shù)坐標(biāo)的器件轉(zhuǎn)移特性曲線(I-Vos關(guān)系)中亞閾值區(qū)線段斜率的倒數(shù)。
    亞閾值斜率 計(jì)算公式
    亞閾值斜率 計(jì)算公式
    亞閾值斜率 計(jì)算公式
    上圖為長溝道器件中亞閾值斜率與硅膜厚度的關(guān)系。可見,當(dāng)硅膜較厚時,器件處于部分耗盡模式,亞閾值斜率與體硅類似,而且隨著溝道摻雜濃度的增大而增大。
    當(dāng)硅膜較薄時,器件處于全耗盡模式,由于溝道區(qū)與襯底之間的隱埋氧化層隔離,亞閾值斜率接近理想情況(60mV/dec),而且溝道摻雜濃度的增大,亞閾值斜率減小,由于全耗盡器件的耗盡層寬度取決于硅膜厚度,亞閾值斜率對硅膜厚度不太敏感。
    亞閾值擺幅是衡量晶體管開啟與關(guān)斷狀態(tài)之間相互轉(zhuǎn)換速率的性能指標(biāo)。器件的亞閾特性決定了器件從關(guān)態(tài)到開態(tài)的轉(zhuǎn)換過程,會影響電路的靜態(tài)電流和轉(zhuǎn)換功耗,在電路應(yīng)用中十分重要。
    MOSFET的亞閾值特性
    當(dāng)MOSFET應(yīng)用于數(shù)字邏輯電路和存儲電路時,器件的亞閾值行為就顯得特別重要。這是由于亞閾值區(qū)描述了器件如何導(dǎo)通和截止,亞閾值斜率s是其中的關(guān)鍵參數(shù)。
    亞閾值斜率或亞閾擺幅(S,室溫下理想值為60mV/dec),它代表MOSFET在亞閾區(qū)工作時,輸出飽和電流減小10倍時所需要改變的柵-源電壓的大小, 也即ID-VG曲線斜率的倒數(shù)。
    S值越小,器件的開關(guān)速度就越快。即S值的大小反映了MOSFET在亞閾區(qū)的開關(guān)性能。若想減小S值、提高M(jìn)OSFET的亞閾區(qū)工作速度,可采取減小MOS柵極結(jié)構(gòu)中界面態(tài)、降低襯底的摻雜濃度、加上一定的襯偏電壓(以減小耗盡層電容)以及限制器件溫升等措施。
    MOS理想的電流-電壓特性中,當(dāng)Vgs<閾值電壓Vt時,漏極電流Id為0。
    但實(shí)際中,當(dāng)Vgs<Vt時,MOS溝道表面處于弱反型,溝道中存在濃度較低的反型載流子,形成較小的電流,這就是亞閾值電流。
    通常用亞閾值擺幅S(亞閾值斜率的倒數(shù))來表征,物理意義是Id降低一個數(shù)量級所需改變的柵壓。
    公式如下:
    亞閾值斜率 計(jì)算公式
    其中CD為溝道耗盡層電容,Cox為柵氧電容;亞閾值擺幅S主要取決于柵氧厚度和P阱濃度。
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