Subthreshold conduction (original) (raw)
Der Unterschwelleneffekt (englisch subthreshold effect) beschreibt die Beobachtung an einem MOS-Feldeffekttransistor (MOSFET), dass auch ohne Inversionskanal unterhalb der Schwellspannung Uth ein kleiner Drainstrom fließen kann.Dieser Strom wird auch Unterschwellenleckstrom (englisch subthreshold leakage current) genannt, was anzeigt, dass es sich hierbei um einen ungewollten Stromfluss in Kanalrichtung handelt, der zu einem Anstieg des Energieverbrauchs der integrierten Schaltungen führt (siehe auch allgemein Leckstrom).
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| dbo:abstract | Der Unterschwelleneffekt (englisch subthreshold effect) beschreibt die Beobachtung an einem MOS-Feldeffekttransistor (MOSFET), dass auch ohne Inversionskanal unterhalb der Schwellspannung Uth ein kleiner Drainstrom fließen kann.Dieser Strom wird auch Unterschwellenleckstrom (englisch subthreshold leakage current) genannt, was anzeigt, dass es sich hierbei um einen ungewollten Stromfluss in Kanalrichtung handelt, der zu einem Anstieg des Energieverbrauchs der integrierten Schaltungen führt (siehe auch allgemein Leckstrom). (de) Subthreshold conduction or subthreshold leakage or subthreshold drain current is the current between the source and drain of a MOSFET when the transistor is in subthreshold region, or weak-inversion region, that is, for gate-to-source voltages below the threshold voltage. The amount of subthreshold conduction in a transistor is set by its threshold voltage, which is the minimum gate voltage required to switch the device between on and off states. However, as the drain current in a MOS device varies exponentially with gate voltage, the conduction does not immediately become zero when the threshold voltage is reached. Rather it continues showing an exponential behavior with respect to the subthreshold gate voltage. When plotted against the applied gate voltage, this subthreshold drain current exhibits a log-linear slope, which is defined as the subthreshold slope. Subthreshold slope is used as a figure of merit for the switching efficiency of a transistor. In digital circuits, subthreshold conduction is generally viewed as a parasitic leakage in a state that would ideally have no conduction. In micropower analog circuits, on the other hand, weak inversion is an efficient operating region, and subthreshold is a useful transistor mode around which circuit functions are designed. Historically, in CMOS circuits, the threshold voltage has been insignificant compared to the full range of gate voltage between the ground and supply voltages, which allowed for gate voltages significantly below the threshold in the off state. As gate voltages scaled down with transistor size, the room for gate voltage swing below the threshold voltage drastically reduced, and the subthreshold conduction became a significant part of the off-state leakage of a transistor. For a technology generation with threshold voltage of 0.2 V, subthreshold conduction, along with other leakage modes, can account for 50% of total power consumption. (en) La corrente di sottosoglia è un fenomeno che riguarda il funzionamento dei MOSFET nella regione sottosoglia, consistente nella formazione di una debole corrente tra il source e il drain. Nel modello di base dei MOSFET sono previste tre regioni di funzionamento, in particolare è prevista la regione di interdizione (cut-off) quando , ovvero quando la tensione applicata al gate non raggiunge il valore di soglia necessario alla formazione del canale e di conseguenza non scorre alcuna corrente tra il source e il drain.In realtà, nei casi in cui la tensione è inferiore ma prossima a , alcuni elettroni del source scorrono verso il drain dando vita ad una piccola corrente di drain che dipende esponenzialmente da Nella distribuzione di Boltzmann alcuni elettroni hanno comunque energia sufficiente per passare tra D e S: scorre una piccola corrente di sottosoglia, che varia esponenzialmente con , ed è definita approssimativamente dalla relazione: , dove è la corrente per , è la capacità della regione di svuotamento e la capacità dello strato di ossido.In un transistore il cui canale sia sufficientemente lungo non c'è dipendenza della corrente dalla tensione del drain finché . Questa corrente è una delle cause del consumo di potenza nei circuiti integrati. Nei circuiti digitali, la conduzione di sottosoglia è generalmente vista come una corrente parassita in uno stato che idealmente non prevedrebbe corrente. Nei circuiti analogici, d'altro canto, la zona di sottosoglia è considerata come una vera e propria regione di funzionamento e la corrente di sottosoglia è una normale proprietà del transistor. In passato, tale corrente era insignificante, ma con la miniaturizzazione dei transistor ora arriva causare fino al 50% del consumo totale di potenza. La spiegazione sta nel fatto che per ridurre la potenza dissipata nei circuiti integrati (proporzionale al quadrato della tensione di alimentazione) la ricerca sul VLSI è sempre stata sviluppata anche in modo da ridurre la tensione di alimentazione. Così come la tensione di alimentazione è diminuita, per migliorare l'efficienza energetica, la tensione di soglia è scesa nelle stesse proporzioni. Come quest'ultima si è ridotta, gli effetti sul consumo energetico della corrente di sottosoglia sono aumentati esponenzialmente. (it) サブスレッショルド伝導、サブスレッショルドリーク電流、サブスレッショルドドレイン電流とは、トランジスタがサブスレッショルド領域または領域、つまりゲート-ソース間電圧が閾値電圧以下でのMOSFETのソース-ドレイン間の電流のこと。様々な程度の反転の専門用語はTsividisに記述されている。 デジタル回路でのサブスレッショルド伝導は通常、理想的には電流がない状態での寄生リーク電流として見なされる。一方で消費電力の小さいアナログ回路での弱い反転は効率的に動作する領域で、サブスレッショルドはその周りで回路機能が設計される有用なトランジスタモードである。。 従来はゲート電圧が閾値よりも大きく下回るオフ状態でのサブスレッショルド伝導は非常に小さかった。しかしトランジスタのサイズと共に電圧が小さくなると、サブスレッショルド伝導はより大きな因子となった。全てのソースからのリーク電流は増加し、閾値電圧0.2 Vの技術世代ではリーク電流は全電力消費の50%を上回る。 サブスレッショルド伝導の重要性が増している理由は、集積回路の動的電力消費(トランジスタがオン状態からオフ状態へスイッチするときに消費される電力で、供給電圧の二乗に依存する)を下げるため、またデバイスの信頼性を維持するデバイス内部の電場を小さく保つために供給電圧が連続的に小さくなったためである。サブスレッショルド伝導の大きさは、接地と供給電圧との間の閾値電圧によってセットされ、供給電圧とともに減少する。この減少は、より小さなゲート電圧はデバイスをオフにするための閾値以下で揺れ、またサブスレッショルド伝導がゲート電圧について指数関数的に変化するため(を参照)、MOSFETのサイズが小さくなるとより重大になる。 サブスレッショルド伝導はリーク電流の一つの構成要素でしかない。デバイス設定に依存するサイズと大まかに等しくなり得るリーク電流として、ゲート酸化膜リーク電流と接合リーク電流がある 。リーク電流の原因の理解とリーク電流の解決策が、多くの回路とシステム設計に要求される (ja) 亚阈值电流，或称亚阈值漏电流（英語：subthreshold leakage），是金屬氧化物半導體場效電晶體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。 (zh) |
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