[科普中国]-亚阈值摆幅

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越小意味着开启关断速率ON/OFF越快。

简介亚阈值摆幅（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：

单位是[mV/dec]。S在数值上就等于为使漏极电流Ids变化一个数量级时所需要的栅极电压增量ΔVg。

算法

其中 为热电压， 被称为体因子，由η表示。ψs是表面势，即Vg与栅氧化层电压之差。

影响因素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（KT/q）ln10=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。1

本词条内容贡献者为:

韩拯 - 研究员 - 中国科学院金属研究所