Подпороговая проводимость или подпороговая утечка или подпороговый ток стока — это ток между истоком и стоком МОП-транзистора , когда транзистор находится в подпороговой области или области слабой инверсии , то есть для напряжений затвор-исток ниже порогового напряжения . [1]
Величина подпороговой проводимости в транзисторе задается его пороговым напряжением , которое является минимальным напряжением затвора, необходимым для переключения устройства между включенным и выключенным состояниями. Однако, поскольку ток стока в МОП-устройстве изменяется экспоненциально с напряжением затвора, проводимость не становится нулевой немедленно при достижении порогового напряжения. Вместо этого она продолжает демонстрировать экспоненциальное поведение по отношению к подпороговому напряжению затвора. При построении графика относительно приложенного напряжения затвора этот подпороговый ток стока демонстрирует логарифмически линейный наклон , который определяется как подпороговый наклон . Подпороговый наклон используется в качестве показателя качества для эффективности переключения транзистора. [2]
В цифровых схемах подпороговая проводимость обычно рассматривается как паразитная утечка в состоянии, которое в идеале не имело бы проводимости. С другой стороны, в микромощных аналоговых схемах слабая инверсия является эффективной рабочей областью, а подпороговая — полезным транзисторным режимом, вокруг которого разрабатываются функции схемы. [3]
Исторически в схемах КМОП пороговое напряжение было незначительным по сравнению с полным диапазоном напряжения затвора между землей и напряжением питания, что допускало напряжения затвора значительно ниже порогового в выключенном состоянии. Поскольку напряжения затвора уменьшались с размером транзистора , пространство для колебания напряжения затвора ниже порогового напряжения резко сокращалось, и подпороговая проводимость стала значительной частью утечки транзистора в выключенном состоянии. [4] [5] Для поколения технологий с пороговым напряжением 0,2 В подпороговая проводимость, наряду с другими режимами утечки, может составлять 50% от общего потребления энергии. [6] [7]
Некоторые устройства используют подпороговую проводимость для обработки данных без полного включения или выключения. Даже в стандартных транзисторах происходит небольшая утечка тока, даже когда они технически выключены. Некоторые подпороговые устройства способны работать с мощностью от 1 до 0,1 процента от мощности стандартных чипов. [8]
Такие операции с низким энергопотреблением позволяют некоторым устройствам работать с небольшим количеством энергии, которое можно получить без подключенного источника питания, например, носимый монитор ЭКГ , который может работать исключительно за счет тепла тела. [8]