Калькулятор порогового напряжения MOSFET

Пороговое напряжение — это напряжение затвор-исток, при котором в МОП-структуре образуется слой сильной инверсии, способный проводить ток между истоком и стоком. Это не абсолютно резкая граница включения и выключения, поскольку ниже неё существует измеримый подпороговый ток. Тем не менее это один из важнейших параметров цифровых временных характеристик, аналогового смещения, контроля утечек и изготовления приборов. Порог зависит от свойств материалов, геометрии оксида, легирования подложки, напряжений на выводах, температуры и захваченного заряда. Калькулятор использует стандартную идеализированную модель эффекта тела NMOS. Удельная ёмкость подзатворного оксида равна его диэлектрической проницаемости, делённой на толщину. Более тонкий оксид даёт большую ёмкость и более сильное электростатическое управление затвором. Потенциал Ферми определяется через тепловое напряжение и логарифм отношения концентрации акцепторов к собственной концентрации носителей. Коэффициент эффекта тела объединяет диэлектрическую проницаемость кремния, заряд электрона, концентрацию примеси подложки и ёмкость оксида. При нулевом смещении исток-подложка оценка порога равна напряжению плоских зон плюс удвоенный потенциал Ферми и член заряда обеднения. Положительное напряжение исток-подложка увеличивает глубину обеднения и тем самым повышает порог. Это и есть эффект тела. Модель предполагает равномерно легированную кремниевую подложку p-типа, диоксид кремния с относительной проницаемостью 3.9, относительную проницаемость кремния 11.7 и собственную концентрацию носителей 1.45 × 10¹⁶ на кубический метр. Введённое легирование на кубический сантиметр внутри переводится в единицы СИ. Напряжение плоских зон отражает разность работ выхода и эффективный заряд оксида. Для NMOS-процесса оно часто отрицательно, но сильно зависит от материала затвора, подложки, фиксированного заряда и деталей изготовления. Используйте значение из документации процесса, подогнанной модели прибора или тщательно измеренного конденсатора. Угадывание этого параметра может заметно сдвинуть итоговый порог даже при точных данных по оксиду и легированию. Уравнение полезно для обучения, изучения процессов и сравнений первого приближения, но не для окончательного утверждения проекта к изготовлению. Современные короткоканальные приборы проявляют снижение барьера под действием стока, квантовое ограничение, неоднородность профилей, обеднение поликремния, эффекты подвижности и температурную зависимость собственной концентрации. Производственные компактные модели учитывают эти детали и калибруются по измерениям. Методы извлечения порога также различаются: постоянный ток, линейная экстраполяция и крутизна могут давать разные значения для одного транзистора. Считайте результат физически обоснованной оценкой и сопоставляйте его с моделью соответствующего процесса.