亞閾值斜率詳解，亞閾值斜率計(jì)算公式-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2024-04-12
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(gè)數(shù)量級(jí)所需要增大的柵電壓，反映了電流從關(guān)態(tài)到開(kāi)態(tài)的轉(zhuǎn)換陡直度，具體對(duì)應(yīng)于采用半對(duì)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)。
上圖為長(zhǎng)溝道器件中亞閾值斜率與硅膜厚度的關(guān)系。可見(jiàn)，當(dāng)硅膜較厚時(shí)，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(shí)，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(duì)硅膜厚度不太敏感。
亞閾值擺幅是衡量晶體管開(kāi)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(kāi)態(tài)的轉(zhuǎn)換過(guò)程，會(huì)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。
當(dāng)MOSFET應(yīng)用于數(shù)字邏輯電路和存儲(chǔ)電路時(shí),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(shí)，輸出飽和電流減小10倍時(shí)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(kāi)關(guān)速度就越快。即S值的大小反映了MOSFET在亞閾區(qū)的開(kāi)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(shí)，漏極電流Id為0。
但實(shí)際中，當(dāng)Vgs＜Vt時(shí)，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(lái)表征，物理意義是Id降低一個(gè)數(shù)量級(jí)所需改變的柵壓。
公式如下：
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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