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(Tunneling
Transistor),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。
金属氧化物半导体场效
晶体管(简称:金氧半场效晶体管;英语:Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,
缩写:MOSFET),是一种可以广泛使用在
模拟电路与
数字电路的场效晶体管。
金属氧化物半导体场效应管依照其沟道极性的不同,可分为电子占多数的N沟道型与
空穴占多数的P沟道型,通常被称为N型金氧半场效晶体管(NMOSFET)与P型金氧半场效晶体管(PMOSFET)。
以金氧半场效晶体管(MOSFET)的命名来看,事实上会让人得到错误的印象。因为MOSFET跟英文单字“metal(
金属)”的第一个字母M,在当下大部分同类的组件里是不存在的。早期金氧半场效晶体管栅极使用金属作为材料,但由于
多晶硅在制造工艺中更耐高温等特点,许多金氧半场效晶体管栅极采用后者而非前者金属。然而,随着半导体特征尺寸的不断缩小,金属作为栅极材料最近又再次得到了研究人员的关注。
金氧半场效晶体管在概念上属于绝缘栅极场效晶体管(Insulated-Gate Field Effect Transistor,IGFET)。而绝缘栅极场效晶体管的栅极绝缘层,有可能是其他物质,而非金氧半场效晶体管使用的氧化层。有些人在提到拥有多晶硅栅极的场效晶体管组件时比较喜欢用IGFET,但是这些IGFET多半指的是金氧半场效晶体管。
金氧半场效晶体管里的氧化层位于其沟道上方,依照其工作
电压的不同,这层氧化物的厚度仅有数十至数百
埃(Å)不等,通常材料是
二氧化硅(SiO2),不过有些新的高级工艺已经可以使用如
氮氧化硅(silicon oxynitride, SiON)做为氧化层之用。
今日半导体组件的材料通常以
硅为首选,但是也有些
半导体公司发展出使用其他半导体材料的工艺,当中最著名的例如国际商业机器股份有限公司使用硅与
锗的混合物所发展的硅锗工艺(SiGe process)。而可惜的是很多拥有良好电性的半导体材料,如
砷化镓(GaAs),因为无法在表面长出质量够好的氧化层,所以无法用来制造金氧半场效晶体管组件。
当一个够大的电位差施于金氧半场效晶体管的栅极与源极之间时,电场会在氧化层下方的
半导体表面形成感应电荷,而这时就会形成反转沟道(inversion channel)。沟道的极性与其
漏极(drain)与源极相同,假设漏极和源极是n型,那么沟道也会是n型。沟道形成后,金氧半场效晶体管即可让电流通过,而依据施于栅极的电压值不同,可由金氧半场效晶体管的沟道流过的电流大小亦会受其控制而改变。
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。