Крутість прохідної характеристики у допороговій зоні

Крутість стокозатворної (прохідної) характеристики у допороговій зоні (англ. Subthreshold slope) є специфічною характеристикою вольт-амперної залежності польового МДН транзистора (англ. MOSFET).

У моделі MOSFET передбачалося, що струм протікає через канал транзистора лише тоді, коли напруга затвор-витік перевищує певне порогове значення $V_{3B}>V_{\mbox{пор}}$ . Насправді струм тече навіть тоді, коли $V_{3B}$ нижче порогової напруги, але він на порядок слабший, ніж струми при сильній інверсії. Інверсійний шар, який спостерігається при сильній інверсії, у цьому випадку ледь видно, і цей режим також можна назвати слабкою інверсією. Тобто, підпорогова зона - це зона $V_{3B}<V_{\mbox{пор}}$

У підпороговій зоні струм витоку $I_{CB}$ , хоч і контролюється затвором, веде себе подібно до струму діода у прямому включенні - експоненційно зростає . Тому графік залежності струму витоку від напруги затвора при сталій напрузі стоку-витоку буде демонструвати приблизно лінійну залежність. Її нахил - це і є крутість прохідної характеристики.

Крутість прохідної характеристики у допороговій зоні є зворотньою функцією допорогового розмаху (англ. Subthreshold swing) S_s-th_, яке зазвичай визначається як: ^[1]

$S_{s-th}=\ln(10){kT \over q}(1+{C_{d} \over C_{ox}})$

$C_{d}$ - ємність збідненого шару;

$C_{ox}$ - ємність ізольованого затвору (gate-oxide capacitance);

${kT \over q}$ - термальна напруга;

Мінімум цієї функції можна знайти, наблизивши $\textstyle {C_{d}}\rightarrow 0$ та / або $\textstyle {C_{ox}}\rightarrow \infty$ , як результат отримаємо $S_{s-th,\min }=\ln(10){kT \over q}$ (термоіонна межа) 60 мВ/декаду при кімнатній температурі (300 К). Типове експериментальне значення для масштабованого MOSFET при кімнатній температурі становить ~ 70 мВ/дек, незначно деградуючи завдяки короткоканальним ефектам. ^[2]

Дек (декада) відповідає 10-кратному збільшення струму стоку $I_{CB}$ _.

Пристрій, що має крутішу прохідну характеристику, демонструє більш швидкий перехід між вимкненим (струмом незначний) та відкритим станом.

Список літератури ред.

↑ Physics of Semiconductor Devices, S. M. Sze. New York: Wiley, 3rd ed., with Kwok K. Ng, 2007, chapter 6.2.4, p. 315, ISBN 978-0-471-14323-9.
↑ Auth, C.; Allen, C.; Blattner, A.; Bergstrom, D.; Brazier, M.; Bost, M.; Buehler, M.; Chikarmane, V.; Ghani, T. (2012). A 22nm high performance and low-power CMOS technology featuring fully-depleted tri-gate transistors, self-aligned contacts and high density MIM capacitors. 2012 Symposium on VLSI Technology (VLSIT). с. 131. doi:10.1109/VLSIT.2012.6242496. ISBN 978-1-4673-0847-2.

Посилання ред.

Оптимізація CMOS-транзисторів наднизької потужності [Архівовано 29 грудня 2019 у Wayback Machine.] ; Майкл Стокінгер, 2000 (англ.)
Відеолекція порогова напруга польового транзистора на YouTube(англ.)
Детальне пояснення про порогову напругу у відеолекції на YouTube(англ.)
Просте пояснення процесів у допороговій зоні на YouTube(англ.)
Відеолекція про крутість стокозатворної характеристики у допороговій зоні на YouTube(англ.)
Уроки по електроніці. Прохідна характеристика у допороговій зоні (англ.). Архів оригіналу за 11 лютого 2020. Процитовано 30 грудня 2019.

[1] Physics of Semiconductor Devices, S. M. Sze. New York: Wiley, 3rd ed., with Kwok K. Ng, 2007, chapter 6.2.4, p. 315, ISBN 978-0-471-14323-9.

[Intel22-2] Auth, C.; Allen, C.; Blattner, A.; Bergstrom, D.; Brazier, M.; Bost, M.; Buehler, M.; Chikarmane, V.; Ghani, T. (2012). A 22nm high performance and low-power CMOS technology featuring fully-depleted tri-gate transistors, self-aligned contacts and high density MIM capacitors. 2012 Symposium on VLSI Technology (VLSIT). с. 131. doi:10.1109/VLSIT.2012.6242496. ISBN 978-1-4673-0847-2.

[1]

[2]