亞閾值電流及亞閾值擺幅/閾值電壓-KIA MOS管

亞閾值電流

亞閾值電流是在MOS管理想的電流－電壓特性中，當Vgs小于 Vt 時(shí)，漏極電流 Id 為0。

亞閾值電流，或稱(chēng)亞閾值漏電流（英語(yǔ)：subthreshold leakage），是金屬氧化物半導體場(chǎng)效應管柵極電壓低于晶體管線(xiàn)性導通所需的閾值電壓、處于截止區（或稱(chēng)亞閾值狀態(tài)）時(shí)，源極和漏極之間的微量漏電流。

定義

在MOS管理想的電流－電壓特性中，當Vgs小于 Vt 時(shí)，漏極電流 Id 為0。而實(shí)際情況是，當Vg<Vt 時(shí)，MOS晶體管處于表面弱反型狀態(tài)（與開(kāi)啟時(shí)的強反型有區別），這個(gè)區域叫做亞閾值區。

MOS管工作在亞閾值區時(shí)，溝道中雖然存在反型載流子，但濃度較低，因而此時(shí) Id 很小，但不為0，此電流稱(chēng)為亞閾值電流。

亞閾值擺幅

亞閾值擺幅（Subthreshold swing），又稱(chēng)為 S因子。這是MOSFET在亞閾狀態(tài)工作時(shí)、用作為邏輯開(kāi)關(guān)時(shí)的一個(gè)重要參數，它定義為：

S = dVgs / d(log10 Id)，單位是[mV/dec]。S在數值上就等于為使漏極電流Id變化一個(gè)數量級時(shí)所需要的柵極電壓增量ΔVgs，注意S是從Vg-Id曲線(xiàn)上的最大斜率處提取出來(lái)的。表示著(zhù)Id~Vgs關(guān)系曲線(xiàn)的上升率。

S值與器件結構和溫度等有關(guān)：襯底反向偏壓將使表面耗盡層電容CD減小，則S值減小；界面陷阱的存在將增加一個(gè)與CD并聯(lián)的陷阱容，使S值增大；溫度升高時(shí)，S值也將增大。

為了提高M(jìn)OSFET的亞閾區工作速度，就要求S值越小越好，為此應當對MOSFET加上一定的襯偏電壓和減小界面陷阱。

室溫條件下（T=300k），MOS型器件 S的理論最小值為log(10)*KT/q=59.6mV/dec≈60 mV/dec，但一些新型器件，如隧穿器件（TunnelingTransistor），可以獲得低于此理論值的亞閾值擺幅。

在大規模數字集成電路的縮小規則中，恒定電壓縮小規則、恒定電場(chǎng)縮小規則等都不能減小S值，所以這些縮小規則都不適用，只有采用半經(jīng)驗的恒定亞閾特性縮小規則才比較合理。

閾值電壓

閾值電壓（英語(yǔ)：Threshold voltage），又稱(chēng)閾電壓或開(kāi)啟電壓，通常指的是在TTL或MOSFET的傳輸特性曲線(xiàn)（輸出電壓與輸入電壓關(guān)系圖線(xiàn)）中，在轉折區中點(diǎn)所對應的輸入電壓的值。

當器件由空乏向反轉轉變時(shí)，要經(jīng)歷一個(gè)Si表面電子濃度等于電洞濃度的狀態(tài)。此時(shí)器件處于臨界導通狀態(tài)，器件的閘極電壓定義為閾值電壓，它是MOSFET的重要參數之一。

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