Крутість прохідної характеристики у допороговій зоні

Вольт-амперна характеристика допорогової зони транзистора

Крутість стокозатворної (прохідної) характеристики у допороговій зоні (Шаблон:Lang-en) є специфічною характеристикою вольт-амперної залежності польового МДН транзистора (Шаблон:Lang-en).

У моделі MOSFET передбачалося, що струм протікає через канал транзистора лише тоді, коли напруга затвор-витік перевищує певне порогове значення $V_{3B}>V_{\text{пор}}$. 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 $V_{3B}<V_{\text{пор}}$

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 (Шаблон:Lang-en)   S_s-th, яке зазвичай визначається як:

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

$C_d$ - ємність збідненого шару;

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

$\frac{kT}{q}$ - термальна напруга;

Мінімум цієї функції можна знайти, наблизивши $C_d\to 0$ та / або $C_{ox}\to \mathrm{\infty }$, як результат отримаємо $S_{s-th,\min }=\ln (10)\frac{kT}{q}$ (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.

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.

Посилання

• Оптимізація CMOS-транзисторів наднизької потужності Шаблон:Webarchive ; Майкл Стокінгер, 2000 Шаблон:Ref-en
• Шаблон:YoutubeШаблон:Ref-en
• Шаблон:YoutubeШаблон:Ref-en
• Шаблон:YoutubeШаблон:Ref-en
• Шаблон:YoutubeШаблон:Ref-en
• Шаблон:Cite web