亚阈值电流及亚阈值摆幅/阈值电压-KIA MOS管

亚阈值电流

亚阈值电流是在MOS管理想的电流－电压特性中，当Vgs小于 Vt 时，漏极电流 Id 为0。

亚阈值电流，或称亚阈值漏电流（英语：subthreshold leakage），是金属氧化物半导体场效应管栅极电压低于晶体管线性导通所需的阈值电压、处于截止区（或称亚阈值状态）时，源极和漏极之间的微量漏电流。

定义

在MOS管理想的电流－电压特性中，当Vgs小于 Vt 时，漏极电流 Id 为0。而实际情况是，当Vg<Vt 时，MOS晶体管处于表面弱反型状态（与开启时的强反型有区别），这个区域叫做亚阈值区。

MOS管工作在亚阈值区时，沟道中虽然存在反型载流子，但浓度较低，因而此时 Id 很小，但不为0，此电流称为亚阈值电流。

亚阈值摆幅

亚阈值摆幅（Subthreshold swing）， 又称为 S因子。这是MOSFET在亚阈状态工作时、用作为逻辑开关时的一个重要参数，它定义为：

S = dVgs / d(log10 Id)，单位是[mV/dec]。S在数值上就等于为使漏极电流Id变化一个数量级时所需要的栅极电压增量ΔVgs，注意S是从Vg-Id曲线上的最大斜率处提取出来的。表示着Id~Vgs关系曲线的上升率。

S值与器件结构和温度等有关：衬底反向偏压将使表面耗尽层电容CD减小，则S值减小；界面陷阱的存在将增加一个与CD并联的陷阱容，使S值增大；温度升高时，S值也将增大。

为了提高MOSFET的亚阈区工作速度，就要求S值越小越好，为此应当对MOSFET加上一定的衬偏电压和减小界面陷阱。

室温条件下（T=300k），MOS型器件 S的理论最小值为log(10)*KT/q=59.6mV/dec≈60 mV/dec，但一些新型器件，如隧穿器件（TunnelingTransistor），可以获得低于此理论值的亚阈值摆幅。

在大规模数字集成电路的缩小规则中， 恒定电压缩小规则、 恒定电场缩小规则等都不能减小S值，所以这些缩小规则都不适用，只有采用半经验的恒定亚阈特性缩小规则才比较合理。

阈值电压

阈值电压（英语：Threshold voltage），又称阈电压或开启电压，通常指的是在TTL或MOSFET的传输特性曲线（输出电压与输入电压关系图线）中，在转折区中点所对应的输入电压的值。

当器件由空乏向反转转变时，要经历一个Si表面电子浓度等于电洞浓度的状态。此时器件处于临界导通状态，器件的闸极电压定义为阈值电压，它是MOSFET的重要参数之一。

亚阈值摆幅公式

其中 φs为表面电势，ID为漏电流，第一项 m 表示 VGS对表面电势 φs的调控能力，m越小，栅对沟道的调控能力越强，反之，越弱，m 取决于栅结构及介质材料。第二项n 表示电流 ID提升一个数量级所需要的表面电势变化量，其大小取决于电流导电机制。