Sub-prag curent

Curentul sub prag este un fenomen care se referă la funcționarea MOSFET - urilor în regiunea sub prag, constând în formarea unui curent slab între sursă și drenaj.

În modelul de bază al MOSFET-urilor, sunt prevăzute trei regiuni de funcționare, în special regiunea de tăiere este prevăzută atunci când $V_{GS}<V_{tn}$ ${\ displaystyle V_ {GS} <V_ {tn}}$ ${\ displaystyle V_ {GS} <V_ {tn}}$ , atunci când tensiunea aplicată porții nu atinge valoarea pragului $V_{tn}$ ${\ displaystyle V_ {tn}}$ ${\ displaystyle V_ {tn}}$ necesare pentru formarea canalului și în consecință nu curge curent între sursă și canalizare. De fapt, în cazurile în care tensiunea $V_{GS}$ ${\ displaystyle V_ {GS}}$ $V_ {GS}$ este mai puțin decât aproape $V_{tn}$ ${\ displaystyle V_ {tn}}$ ${\ displaystyle V_ {tn}}$ , unii electroni ai sursei curg spre scurgere dând viață unui mic curent de scurgere care depinde exponențial de $V_{GS}$ ${\ displaystyle V_ {GS}}$ $V_ {GS}$

În distribuția Boltzmann, unii electroni au încă suficientă energie pentru a trece între D și S: un curent mic de sub prag curge, care variază exponențial cu $V_{GS}$ ${\ displaystyle V_ {GS}}$ $V_ {GS}$ , și este aproximativ definit de relația: ^[1] ^[2]

I_{D}\approx I_{D0}e^{\begin{matrix}{\frac {V_{GS}-V_{th}}{(1+{\frac {C_{d}}{C_{ox}}})V_{T}}}\end{matrix}}

{\ displaystyle I_ {D} \ approx I_ {D0} e ^ {\ begin {matrix} {\ frac {V_ {GS} -V_ {th}} {(1 + {\ frac {C_ {d}} {C_ {ox}}}) V_ {T}}} \ end {matrix}}}

I_D \ approx I_ {D0} e ^ {\ begin {matrix} \ frac {V_ {GS} -V_ {th}} {(1+ \ frac {C_d} {C_ {ox}}) V_ {T}} \ end {matrix}}

,

unde este $I_{D0}$ ${\ displaystyle I_ {D0}}$ $I_ {D0}$ este curentul pentru $V_{GS}=V_{th}$ ${\ displaystyle V_ {GS} = V_ {th}}$ $V_ {GS} = V_ {th}$ , $C_{d}$ ${\ displaystyle C_ {d}}$ $CD}$ este capacitatea regiunii de epuizare e $C_{ox}$ ${\ displaystyle C_ {ox}}$ $C_ {ox}$ capacitatea stratului de oxid.
Într-un tranzistor al cărui canal este suficient de lung nu există nicio dependență a curentului de tensiunea de scurgere până când $V_{DS}>>V_{T}$ ${\ displaystyle V_ {DS} >> V_ {T}}$ $V_ {DS} >> V_T$ . Acest curent este una dintre cauzele consumului de energie în circuitele integrate .

În circuitele digitale , conducerea sub prag este în general văzută ca un curent turbionar într-o stare care în mod ideal nu ar avea curent. În circuitele analogice , pe de altă parte, zona sub-prag este considerată ca o regiune de operare reală, iar curentul sub-prag este o proprietate normală a tranzistorului.

În trecut, acest curent era nesemnificativ, dar odată cu miniaturizarea tranzistoarelor, acum provoacă până la 50% din consumul total de energie. Minciunile explicație faptul că , în scopul de a reduce puterea disipată în circuite integrate (proporțională cu pătratul tensiunii de alimentare ) , cercetarea privind VLSI este întotdeauna , de asemenea , a fost dezvoltat pentru a reduce tensiunea de alimentare. Pe măsură ce tensiunea de alimentare a scăzut, pentru a îmbunătăți eficiența energetică, tensiunea prag a scăzut în aceleași proporții. Pe măsură ce acesta din urmă a scăzut, efectele asupra consumului de energie al curentului sub prag au crescut exponențial.

Notă

^ PR Gray, PJ Hurst, SH Lewis și RG Meyer, Analiza și proiectarea circuitelor integrate analogice , ediția a patra, New York, Wiley, 2001, pp. 66–67, ISBN 0-471-32168-0 .
^ PR van der Meer, A. van Staveren, AHM van Roermund, Low-Power Deep Sub-Micron CMOS Logic: Subthreshold Current Reduction , Dordrecht, Springer, 2004, p. 78, ISBN 1-4020-2848-2 .

Elemente conexe

Portalul fizicii : accesați intrările Wikipedia care se ocupă cu fizica

[Gray-Meyer-1] PR Gray, PJ Hurst, SH Lewis și RG Meyer, Analiza și proiectarea circuitelor integrate analogice , ediția a patra, New York, Wiley, 2001, pp. 66–67, ISBN 0-471-32168-0 .

[vanRoermund-2] PR van der Meer, A. van Staveren, AHM van Roermund, Low-Power Deep Sub-Micron CMOS Logic: Subthreshold Current Reduction , Dordrecht, Springer, 2004, p. 78, ISBN 1-4020-2848-2 .

[1]

[2]