MOSFET器件-亚阈值摆幅（STS)详解

MOSFET器件-亚阈值摆幅（STS)详解

亚阈值摆幅是衡量晶体管开启与关断状态之间相互转换速率的重要性能指标。它代表源漏电流变化十倍所需要栅电压的变化量，又称为S因子。S值越小，意味着开启关断速率越快。本文将详细解析亚阈值摆幅的概念及其影响因素。

亚阈值摆幅（Subthreshold Swing）是指源漏电流IDS每升高一个数量级VGS的变化。根据亚阈值摆幅的定义，我们可以有以下几点思考：

1. 我们希望亚阈值摆幅越小越好。在亚阈值区，即栅压小于阈值电压时，器件完全关断，源漏电流为零。一旦达到阈值电压，晶体管迅速打开。因此，电流相对于电压变化的灵敏度越高越好，即很小的栅极电压变化就可以引起电流一个数量级的变化。因此S值越小，反映了更好的栅控能力，同时也有利于减小亚阈值漏电流。

亚阈值摆幅的影响因素主要包括：

1. 温度：温度升高，亚阈值摆幅增大。
2. 栅氧化层电容：栅氧化层电容增大，亚阈值摆幅减小。使用高k介质或减小栅氧化层厚度都可以使亚阈值摆幅减小。
3. Si耗尽层电容：Si耗尽层电容减小，亚阈值摆幅减小。使耗尽层宽度增大的因素，例如衬底浓度Na减小、衬底偏置电压增大，会使亚阈值摆幅减小。
4. 界面缺陷：栅氧化层和衬底硅界面的界面缺陷会存放电荷，这些缺陷的增加相当于叠加了一个电容，会使亚阈值摆幅增大。
5. 沟道长度：沟道长度较小会使得栅控能力减弱，亚阈值摆幅增大。
6. 栅电压：随着表面反型增强，栅对channel的控制能力就越弱，亚阈值摆幅增大。