回偏见是一个伟大的技术来控制漏电流,提高产量。你需要知道做这项工作。
由巴里Pangrle
浇注,身体偏见、衬底偏置和偏见所有引用技术动态地调整CMOS晶体管的阈值电压。CMOS晶体管通常认为是三端与终端设备来源,门和排水。是很常见的,不过,有第四个终端连接到衬底(或身体)。
大多数工程师理解衬底偏置(对源)可用于CMOS晶体管的阈值电压变化,进而影响晶体管的漏电流和性能。将偏差的一种方法和阈值电压下降,增加了开关速度和泄漏电流。推动偏见的另一种方法和阈值电压的增加,降低性能和漏电电流。它基本上是另一个旋钮权衡性能和权力。
这是一个很有用的技巧,设计师来帮助控制漏电流。它也可以被用来提高产量。如果芯片速度快,但太热,有可能衬底偏置可以慢下来,把权力规范。公式计算确定需要多少偏压和方向是现成的,我不打算推出了。我希望在本文的其余部分是提供的简要概述技术背后的概念,以便下一次有人问你,“支持偏见的东西是如何工作的,”波你的手,说一些听起来有见地。
为简单起见,我将使用一个NMOS晶体管为例。(快速回顾,一个NMOS晶体管具有n型源和p型衬底的流失。)通常p型衬底NMOS晶体管的电连接到地面。从本质上讲,衬底和源之间的pn结形成一个二极管,最好是如果,二极管不成为正向偏压把它。通常,这将是“坏”经常会突然流从源到衬底。我们典型的NMOS晶体管,如果电压(衬底或身体的来源,根据)超过0.6 v。与噪声和地面反弹等问题,你会想离开舒适的保证金。
所以我们的第一个观察是我们很快有限多远我们可以积极偏见衬底。另一个方向呢?提供更多的负偏压的衬底之间增加了pn结反向偏压的衬底和来源。注意,我们使用源(而不是消耗)因为CMOS晶体管是对称的,对于一个NMOS晶体管源终端是在较低的电压。NMOS晶体管,当它打开时,该频道是n型(或负运营商)源是电子流动的“源”向更积极的有偏见的终端(排水)。
第二个观察是我们有更多的空间来反向偏压衬底,因为这只减少了泄漏电流源和衬底之间通过进一步结反向偏置。
好的,所以增加了阈值电压的路吗?好问题。为了回答这个问题,我们需要知道一点关于我们NMOS晶体管实际上。晶体管打开,我们必须引起导电(n型)源极和漏极之间的通道以便电子之间流动。这是定义为发生在出现强烈的反转通道有效地使通道中的电荷一样强烈n型掺杂p型衬底。换句话说,我们必须吸引足够的电子渠道足够抵消p型衬底的特性。
吸引电子的好方法是什么?应用积极的潜力如何?为简单起见,我们将认为gate-oxide-substrate部分晶体管的源和排水之间的电容。如果我运用积极的潜力(电压)门(对源),然后我将开始收集负电荷在底物的氧化。我现在路上创建一个通道,最终当我增加电压通道的门我将有足够的电荷达到强烈的反转和晶体管打开。此时门上的电压水平已达到阈值电压。阈值电压越高,时间越长对晶体管打开(慢)但也更强烈的时候(即低泄漏)。以达到阈值电压和强烈的反转,我们必须建立足够的费用来克服的p型掺杂基质+损耗费用+界面电荷+不同的工作职能。
对于我们的基本模型,然后,我们将考虑四个组件构成潜在的需要达到阈值电压:1)之间的区别的工作职能门和衬底,2)界面电荷(除以整个氧化物电容),3)耗尽区电荷(除以整个氧化物电容)和4)表面势(由p型掺杂的量)。好消息是,我们将忽略所有除了耗尽区。为什么?因为耗尽区电荷是身体偏差行为最直接的组件。类似的影响更强烈反向偏压pn结导致耗尽区成长,提供更多的负面衬底偏置也导致耗尽区沿通道成为更广泛的意思是我现在有更多的负电荷的基质必须补偿通过将更多的正电荷在门口(即增加阈值电压),以形成导电通道。
所以,答案很简单,放置在衬底负偏压的NMOS晶体管有效增加负电荷沿通道存储在耗尽区。这个费用必须被克服更多的正电荷门从而增加门上的电压(即增加阈值电压)为了打开晶体管。PMOS,将更积极的偏见在衬底(记住n-wells通常与高)将需要更多的负电压门打开同样的理由。
没有公式,没有带隙图但是希望一些见解,尽管简化,这种技术是如何工作的。
Jan Rabaey在他的书中提到,“低功耗设计要点”趋势是朝着增加频道中掺杂浓度会降低身体的偏见的影响出现强烈的反转或换句话说,身体偏置似乎有较小影响较小的技术节点。为读者更感兴趣的话题,我也推荐本Streetman Banerjee和桑杰的书,“固态电子设备。”
——巴里Pangrle是低功耗设计和验证的解决方案架构师的导师图形
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[…]月我正在编辑的书,(实际上这篇文章的标题来自埃德·斯珀林)和我决定,上面的标题将适合这篇文章。去年[…]