7.2 문턱 전압 이하 전류

7.2.0  문턱 전압 이하 전류

 > Ion을 증가하면 회로의 동작 속도가 증가한다. 

 

 > Ion을 증가시키려면 낮은 Vt를 사용하면 된다. 

 

 > 무작정 Vt를 작게 만들어서 Ion을 증가시킬 순 없다. 

 

 > Vt가 작아질수록 MOSFET의 Off 상태에서 흐르는 누설 전류 (Off Leakage)가 Ioff가 발생하기 때문이다.

 

 > Ioff가 매우 작은 nano scale의 단위여도 Transistor의 숫자는 1억 개가 넘어가기 때문에 총 누설 전류는 매우 클 수 있다. 

 

 > 누설 전류가 크면 휴대폰이 대기 모드에서 배터리 소모를 크게하여 금방 방전될 수 있다. 

 

그림 7.2 (a) The current that flows at Vgs < Vt is called the subthreshold current. Vt ~0.2V. The lower/upper curves are for Vds = 50 mV/1.2 V. After Ref. [2]. (b) When Vg is increased, Ec at the surface is pulled closer to EF, causing ns and Ids to rise; (c) equivalent capacitance network; (d) subthreshold I-V with Vt and Ioff. Swing, S, is the inverse of the slope in the subthreshold region.

 

 > 그림 7.2 (a)는 Vt 이하 전류 그림이다. 

 

 > Log의 Id와 Vgs의 관계를 나타내고 Vgs가 Vt 이하에서 Id는 직선의 관계를 보인다. 

 

 > 그림 7.2 (b)에서 Vgs가 Vt를 넘지 않아도 Vgs가 가해지면 반도체 표면의 Ec는 Ef에 가까워진다. 

 

 > 전자들이 반도체 표면에 모여서 Channel을 형성하진 않지만 전류가 흐를 수 있게 도와주게 된다. 

 

 > 이는 누설 전류를 야기한다. 

 

 > 식으로 표현하면 다음과 같다. 

 

 >  Vgs가 0 일때 누설 전류이고 S는 Vt 이하에서 Swing이다. 

 

 > 주어진 W, L에서 Ioff를 줄이는 방법은 크게 두 가지가 있다. 

 

 > Vt를 올리는 방법이지만 Ion이 떨어져서 좋은 방법은 아니다. 

 

 > 다른 방법은 Vt 이항 Swing인 S를 줄이는 것이다. 

 

 > S를 줄이기 위해선 더 얇은 Tox를 적용해서 Coxe를 증가시키거나 Wdep를 줄여 Cdep를 감소시켜서 해결할 수 있다. 

 

 > 온도를 낮추면 누설 전류를 줄일 수 있지만 이것도 비용 관점에서 바람직하지 않다.