Calculateur de tension de seuil MOSFET

La tension de seuil est la tension grille-source à laquelle une structure MOS forme une couche de forte inversion capable de conduire entre source et drain. Ce n'est pas une frontière parfaitement nette entre marche et arrêt, car un courant sous le seuil mesurable existe en dessous. Elle reste néanmoins essentielle pour la temporisation numérique, la polarisation analogique, le contrôle des fuites et la fabrication. Elle dépend des matériaux, de la géométrie de l'oxyde, du dopage du substrat, des polarisations, de la température et des charges piégées. Ce calculateur utilise un modèle NMOS standard idéalisé de l'effet de substrat. La capacité d'oxyde par unité de surface est la permittivité de l'oxyde divisée par son épaisseur. Un oxyde plus mince augmente la capacité et renforce le contrôle électrostatique de la grille. Le potentiel de Fermi découle de la tension thermique et du logarithme du rapport entre dopage accepteur et concentration intrinsèque de porteurs. Le coefficient d'effet de substrat combine permittivité du silicium, charge électronique, concentration du substrat et capacité d'oxyde. À polarisation source-substrat nulle, le seuil estimé est la somme de la tension de bandes plates, du double du potentiel de Fermi et du terme de charge de déplétion. Une tension source-substrat positive augmente la profondeur de déplétion et élève donc le seuil : c'est l'effet de substrat. Le modèle suppose un substrat de silicium p uniformément dopé, du dioxyde de silicium de permittivité relative 3.9, une permittivité relative du silicium de 11.7 et une concentration intrinsèque de 1.45 × 10¹⁶ par mètre cube. Le dopage saisi par centimètre cube est converti en interne en unités SI. La tension de bandes plates traduit la différence de travaux de sortie et la charge effective de l'oxyde. Elle est souvent négative dans un procédé NMOS, mais varie fortement avec le matériau de grille, le substrat, les charges fixes et la fabrication. Utilisez une valeur issue de la documentation du procédé, d'un modèle ajusté ou d'un condensateur soigneusement caractérisé. Une valeur devinée peut décaler fortement le seuil final même si l'épaisseur et le dopage sont précis. Cette équation sert à l'enseignement, à l'exploration de procédés et aux comparaisons de premier ordre, pas à la validation finale d'une conception destinée à la fabrication. Les composants modernes à canal court présentent un abaissement de barrière induit par le drain, du confinement quantique, des profils non uniformes, une déplétion du polysilicium, des effets de mobilité et une concentration intrinsèque dépendante de la température. Les modèles compacts de production intègrent ces détails et sont calibrés sur des mesures. Les méthodes d'extraction du seuil diffèrent aussi : courant constant, extrapolation linéaire et transconductance peuvent donner des valeurs différentes pour le même transistor. Considérez le résultat comme une estimation physique et confrontez-le au modèle du procédé concerné.