感知[電流]閾值

《電氣工程名詞》。

2100433B

1998，經(jīng)全國科學(xué)技術(shù)名詞審定委員會審定發(fā)布。

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

在MOS管理想的電流－電壓特性中，當(dāng)Vgs小于 Vt 時，漏極電流 Id 為0。而實際情況是，當(dāng)Vg 亞閾值電流亞閾值擺幅

亞閾值擺幅（Subthreshold swing）， 又稱為 S因子。這是MOSFET在亞閾狀態(tài)工作時、用作為邏輯開關(guān)時的一個重要參數(shù)，它定義為：

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

S值與器件結(jié)構(gòu)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??；界面陷阱的存在將增加一個與CD并聯(lián)的陷阱容，使S值增大；溫度升高時，S值也將增大。為了提高MOSFET的亞閾區(qū)工作速度，就要求S值越小越好，為此應(yīng)當(dāng)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(guī)模數(shù)字集成電路的縮小規(guī)則中， 恒定電壓縮小規(guī)則、 恒定電場縮小規(guī)則等都不能減小S值，所以這些縮小規(guī)則都不適用，只有采用半經(jīng)驗的恒定亞閾特性縮小規(guī)則才比較合理。

亞閾值電流金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管

金屬氧化物半導(dǎo)體場效 晶體管（簡稱： 金氧半場效晶體管；英語： Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，縮寫： MOSFET），是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路的場效晶體管。金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管依照其溝道極性的不同，可分為電子占多數(shù)的N溝道型與空穴占多數(shù)的P溝道型，通常被稱為N型金氧半場效晶體管（NMOSFET）與P型金氧半場效晶體管（PMOSFET）。

以金氧半場效晶體管（MOSFET）的命名來看，事實上會讓人得到錯誤的印象。因為MOSFET跟英文單字“metal（金屬）”的第一個字母M，在當(dāng)下大部分同類的組件里是不存在的。早期金氧半場效晶體管 柵極使用金屬作為材料，但由于多晶硅在制造工藝中更耐高溫等特點，許多金氧半場效晶體管柵極采用后者而非前者金屬。然而，隨著半導(dǎo)體特征尺寸的不斷縮小，金屬作為柵極材料最近又再次得到了研究人員的關(guān)注。

金氧半場效晶體管在概念上屬于絕緣柵極場效晶體管（Insulated-Gate Field Effect Transistor, IGFET）。而絕緣柵極場效晶體管的柵極絕緣層，有可能是其他物質(zhì)，而非金氧半場效晶體管使用的氧化層。有些人在提到擁有多晶硅柵極的場效晶體管組件時比較喜歡用IGFET，但是這些IGFET多半指的是金氧半場效晶體管。

金氧半場效晶體管里的氧化層位于其溝道上方，依照其工作電壓的不同，這層氧化物的厚度僅有數(shù)十至數(shù)百埃（?）不等，通常材料是二氧化硅（SiO ₂），不過有些新的高級工藝已經(jīng)可以使用如氮氧化硅（silicon oxynitride, SiON）做為氧化層之用。

今日半導(dǎo)體組件的材料通常以硅為首選，但是也有些半導(dǎo)體公司發(fā)展出使用其他半導(dǎo)體材料的工藝，當(dāng)中最著名的例如國際商業(yè)機器股份有限公司使用硅與鍺的混合物所發(fā)展的硅鍺工藝（SiGe process）。而可惜的是很多擁有良好電性的半導(dǎo)體材料，如砷化鎵（GaAs），因為無法在表面長出質(zhì)量夠好的氧化層，所以無法用來制造金氧半場效晶體管組件。

當(dāng)一個夠大的電位差施于金氧半場效晶體管的柵極與源極之間時，電場會在氧化層下方的半導(dǎo)體表面形成感應(yīng)電荷，而這時就會形成反轉(zhuǎn)溝道（inversion channel）。溝道的極性與其漏極（drain）與源極相同，假設(shè)漏極和源極是n型，那么溝道也會是n型。溝道形成后，金氧半場效晶體管即可讓電流通過，而依據(jù)施于柵極的電壓值不同，可由金氧半場效晶體管的溝道流過的電流大小亦會受其控制而改變。

亞閾值電流閾值電壓

閾值電壓（英語：Threshold voltage），又稱 閾電壓或 開啟電壓，通常指的是在TTL或MOSFET的傳輸特性曲線（輸出電壓與輸入電壓關(guān)系圖線）中，在轉(zhuǎn)折區(qū)中點所對應(yīng)的輸入電壓的值。

當(dāng)器件由空乏向反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變時，要經(jīng)歷一個Si表面電子濃度等于電洞濃度的狀態(tài)。此時器件處于 臨界導(dǎo)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(shù)之一。