亞閾值擺幅

亞閾值擺幅是衡量電晶體開啟與關斷狀態之間相互轉換速率的性能指標，它代表源漏電流變化十倍所需要柵電壓的變化量，又稱為S因子，S越小意味著開啟關斷速率ON/OFF越快。

基本介紹

• 中文名：亞閾值擺幅
• 外文名：Subthreshold swing
• 別名：S因子
• 公式：S = dVg / d(logIds)
• 單位：mV/dec
• 性能指標：開啟關斷速率

簡介

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

單位是[mV/dec]。S在數值上就等於為使漏極電流I_ds變化一個數量級時所需要的柵極電壓增量ΔV_g。

算法

其中 為熱電壓， 被稱為體因子，由η表示。ψ_s是表面勢，即V_g與柵氧化層電壓之差。

影響因素

S值與器件結構和溫度等有關：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與CD並聯的陷阱容，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（KT/q）ln10=59.6mV/dec≈60 mV/dec，但一些新型器件，如隧穿器件（Tunneling Transistor），可以獲得低於此理論值的亞閾值擺幅。

在大規模數字積體電路的縮小規則中，恆定電壓縮小規則、恆定電場縮小規則等都不能減小S值，所以這些縮小規則都不適用，只有採用半經驗的恆定亞閾特性縮小規則才比較合理。