Подпороговая проводимость

Подпороговая утечка в nFET

Подпороговая проводимость , или подпороговая утечка , или подпороговый ток стока — это ток между истоком и стоком полевого 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 определяется его пороговым напряжением , которое представляет собой минимальное напряжение на затворе, необходимое для переключения устройства между включенным и выключенным состояниями. Однако, поскольку ток стока в МОП-устройстве изменяется экспоненциально в зависимости от напряжения на затворе, проводимость не сразу становится нулевой при достижении порогового напряжения. Скорее, он продолжает демонстрировать экспоненциальное поведение по отношению к подпороговому напряжению на затворе. При построении графика зависимости приложенного напряжения на затворе этот подпороговый ток стока имеет логарифмически линейный наклон , который определяется как подпороговый наклон . Подпороговый наклон используется как показатель эффективности переключения транзистора. ^[2]

В цифровых схемах подпороговая проводимость обычно рассматривается как паразитная утечка в состоянии, в котором в идеале проводимость отсутствует. С другой стороны, в микромощных аналоговых схемах слабая инверсия является эффективной рабочей областью, а подпороговый режим — это полезный режим транзистора, вокруг которого разрабатываются функции схемы. ^[3]

Исторически сложилось так, что в схемах КМОП пороговое напряжение было незначительным по сравнению с полным диапазоном напряжений затвора между напряжением земли и питания, что позволяло иметь напряжения затвора значительно ниже порогового значения в выключенном состоянии . Поскольку напряжения на затворе уменьшались с увеличением размера транзистора , пространство для колебания напряжения на затворе ниже порогового напряжения резко уменьшалось, и подпороговая проводимость стала значительной частью утечки транзистора в закрытом состоянии. ^{[4] [5]} Для поколения технологии с пороговым напряжением 0,2 В подпороговая проводимость вместе с другими видами утечки может составлять 50% от общего энергопотребления. ^{[6] [7]}

Подпороговая электроника

Некоторые устройства используют подпороговую проводимость для обработки данных без полного включения или выключения. Даже в стандартных транзисторах утечка небольшого количества тока происходит даже тогда, когда они технически выключены. Некоторые подпороговые устройства могут 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, которую можно использовать без подключенного источника питания, например, портативный монитор ЭКГ , который может полностью работать на тепле тела. ^[8]

Смотрите также

• Интегральная схема
• Закон Мура
• Многоканальная длина
• Подпороговый наклон

Рекомендации

1. Цивидис, Яннис (1999). Работа и моделирование МОП-транзистора (2-е изд.). Нью-Йорк: МакГроу-Хилл . п. 99. ИСБН 0-07-065523-5.
2. Физика полупроводниковых приборов , С.М. Зе. Нью-Йорк: Wiley, 3-е изд., совместно с Квоком К. Нг, 2007 г., глава 6.2.4, стр. 315, ISBN 978-0-471-14323-9 . 
3. Виттоз, Эрик А. (1996). «Основы проектирования аналоговых микромощностей». В Тумазу, Крис; Баттерсби, Николас К.; Порта, Соня (ред.). Учебные пособия по схемам и системам . Джон Уайли и сыновья . стр. 365–372. ISBN 978-0-7803-1170-1.
4. Судрис, Димитриос; Пиге, Кристиан; Гутис, Костас, ред. (2002). Проектирование КМОП-схем с низким энергопотреблением. Спрингер. ISBN 1-4020-7234-1.
5. Рейндерс, Неле; Деэн, Вим (2015). Написано в Хеверле, Бельгия. Проектирование энергоэффективных цифровых схем сверхнизкого напряжения . Аналоговые схемы и обработка сигналов (ACSP) (1-е изд.). Чам, Швейцария: Springer International Publishing AG, Швейцария . дои : 10.1007/978-3-319-16136-5. ISBN 978-3-319-16135-8. ISSN  1872-082X. LCCN  2015935431.
6. Рой, Кошик; Йео, Киат Сенг (2004). Подсистемы СБИС низкого напряжения и малой мощности. МакГроу-Хилл Профессионал . Рис. 2.1, с. 44. ИСБН 0-07-143786-Х.
7. л-Хашими, Башир М.А., изд. (2006). Система на чипе: электроника нового поколения. Институт техники и технологий. п. 429. ИСБН 0-86341-552-0.
8. Джейкобс, Сюзанна (30 июля 2014 г.). «Безбатарейный сенсорный чип для Интернета вещей» . Проверено 1 мая 2018 г.

дальнейшее чтение

• Годе, Винсент К. (1 апреля 2014 г.) [25 сентября 2013 г.]. «Глава 4.1. Методы проектирования с низким энергопотреблением для современных КМОП-технологий». В Штайнбахе, Бернд [на немецком языке] (ред.). Недавний прогресс в логической области (1-е изд.). Ньюкасл-апон-Тайн, Великобритания: Издательство Cambridge Scholars Publishing . стр. 187–212. ISBN 978-1-4438-5638-6. Проверено 4 августа 2019 г.[1] (455 страниц)