Calculadora de tensão de limiar MOSFET

A tensão de limiar é a tensão porta-fonte na qual uma estrutura MOS forma uma camada de inversão forte capaz de conduzir entre fonte e dreno. Ela não é uma fronteira perfeitamente nítida entre ligado e desligado, pois existe corrente sub-limiar mensurável abaixo dela. Ainda assim, é um dos parâmetros mais importantes em temporização digital, polarização analógica, controle de fugas e fabricação de dispositivos. Depende das propriedades dos materiais, da geometria do óxido, da dopagem do substrato, da polarização dos terminais, da temperatura e das cargas aprisionadas. Esta calculadora usa um modelo NMOS idealizado padrão de efeito de corpo. A capacitância do óxido por unidade de área é a permissividade do óxido dividida pela espessura. Um óxido mais fino produz maior capacitância e controle eletrostático mais forte pela porta. O potencial de Fermi deriva da tensão térmica e do logaritmo da razão entre a dopagem aceitadora e a concentração intrínseca de portadores. O coeficiente de efeito de corpo combina a permissividade do silício, a carga eletrônica, a concentração do substrato e a capacitância do óxido. Com polarização fonte-corpo nula, o limiar estimado é a soma da tensão de banda plana, do dobro do potencial de Fermi e do termo de carga de depleção. Aplicar uma tensão fonte-corpo positiva aumenta a profundidade de depleção e, portanto, eleva a tensão de limiar. Esse é o efeito de corpo. O modelo assume um substrato de silício tipo p uniformemente dopado, dióxido de silício com permissividade relativa 3.9, silício com permissividade relativa 11.7 e concentração intrínseca de 1.45 × 10¹⁶ por metro cúbico. A dopagem inserida por centímetro cúbico é convertida internamente para unidades SI. A tensão de banda plana representa a diferença entre funções trabalho e a carga efetiva do óxido. Ela costuma ser negativa em processos NMOS, mas varia muito com o material da porta, o substrato, a carga fixa e os detalhes de fabricação. Use um valor da documentação do processo, de um modelo ajustado ou de um capacitor cuidadosamente caracterizado. Estimar essa entrada sem base pode deslocar bastante o limiar final, mesmo com valores precisos de óxido e dopagem. A equação é útil para educação, exploração de processos e comparações de primeira ordem, não para a aprovação final de um projeto para fabricação. Dispositivos modernos de canal curto apresentam redução de barreira induzida pelo dreno, confinamento quântico, perfis não uniformes, depleção do polissilício, efeitos de mobilidade e concentração intrínseca dependente da temperatura. Modelos compactos de produção consideram esses detalhes e são calibrados com medições. Os métodos de extração do limiar também diferem: corrente constante, extrapolação linear e transcondutância podem informar valores distintos para o mesmo transistor. Trate o resultado como uma estimativa com base física e compare-o com o modelo do processo correspondente.