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閾值電壓公式

時間：2021-11-19 12:56:01

關鍵字：閾值電壓公式電流

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[導讀]閾值電壓 (Threshold voltage)：通常將傳輸特性曲線中輸出電壓隨輸入電壓改變而急劇變化轉(zhuǎn)折區(qū)的中點對應的輸入電壓稱為閾值電壓。在描述不同的器件時具有不同的參數(shù)。如描述場發(fā)射的特性時，電流達到10mA時的電壓被稱為閾值電壓。

閾值電壓 (Threshold voltage)：通常將傳輸特性曲線中輸出電壓隨輸入電壓改變而急劇變化轉(zhuǎn)折區(qū)的中點對應的輸入電壓稱為閾值電壓。在描述不同的器件時具有不同的參數(shù)。如描述場發(fā)射的特性時，電流達到10mA時的電壓被稱為閾值電壓。

如MOS管，當器件由耗盡向反型轉(zhuǎn)變時，要經(jīng)歷一個 Si 表面電子濃度等于空穴濃度的狀態(tài)。此時器件處于臨界導通狀態(tài)，器件的柵電壓定義為閾值電壓，它是MOSFET的重要參數(shù)之一。

一開始學習MOS管的工作原理，就引入了閾值電壓的概念，但教科書所講的閾值電壓的概念都是建立在器件比較理想的模型基礎上的，對于實際的器件，從線性區(qū)到飽和區(qū)的轉(zhuǎn)換是有一個過渡區(qū)的，此時對閾值電壓的定義需要遵循一定的標準。經(jīng)常發(fā)生的一個問題是，不同工藝線中相類似的器件作比較時，因為沒有確定一個統(tǒng)一的標準，導致工藝的比較不是非常的科學準確。本文就對閾值電壓的定義方法作一些簡單的討論，嘗試對業(yè)界現(xiàn)在流行的方法作出更詳細的解釋。

閾值電壓的計算方法

根據(jù)JEDEC STANDARD JESD-28的規(guī)定計算方法(JEDEC 14.2.2 –Hot Carrier Working Group --- June 15，1995)，有兩種計算閾值電壓的方法：

方法A易于操作，在早期的閾值電壓測試中常用，隨著工藝的先進，這種方法不夠準確，方法B逐漸開始采用，但實際上JEDEC定義的不夠準確，它是把VDS忽略掉了。正確的計算方法是，根據(jù)線性區(qū)的電流方程：

我用Hspice仿真的方法，用A、B兩種方法計算了某0.18um工藝中NMOS的閾值電壓，取VDS=0.1V。下面是計算結(jié)果：

1. W=1u， L=1u. 方法A：在波形圖上測量到ID=0.1uA時，VGS=0.356V，那么VT(ci)=0.356V;ID=1uA時，VGS=0.467V 方法B.：在波形圖上測量到gm(max)=29.6u，此時VGS約為0.675~0.679V，就取

2. W=10u， L=1u. 方法A：在波形圖上測量到ID=1uA時，VGS=0.361V，那么VT(ci)=0.361V;ID=10uA時，VGS=0.471V; 方法B.：在波形圖上測量到gm(max)=311.4u，此時VGS=0.683V，此時ID=68.11uA，代入公式(3)，得到VT(ext)=0.414V。

同時用Hspice中的vth()輸出，得到Vth=0.414V

三種計算方法得到的結(jié)果與上相同