Qu'est-ce que Pente sous le seuil (subthreshold swing) ?

Tension de grille nécessaire pour faire varier le courant de drain d'un facteur 10 sous la tension de seuil. La limite théorique à température ambiante est d'environ 60 mV/décade ; plus elle est faible, plus la commutation est franche.

Nom japonais: サブスレッショルドスイング

« Pente sous le seuil (subthreshold swing) » apparaît dans 7 questions d'entraînement réparties sur 4 thèmes, dont Transistors avancés (FinFET et GAA), MOSFET, Physique des semi-conducteurs.

Domaine: MOSFET

S'entraîner : questions sur Pente sous le seuil (subthreshold swing)

Quelle valeur est la plus proche de la limite inférieure théorique, à température ambiante, de la pente sous le seuil d’un MOSFET (tension de grille nécessaire pour faire varier le courant de drain d’une décade sous le seuil) ?

  1. AEnviron 600 mV/dec
  2. BEnviron 6 mV/dec
  3. CEnviron 60 mV/dec
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Réponse : C. Environ 60 mV/dec

Même sous le seuil, le courant de drain varie exponentiellement avec la tension de grille. La tension de grille nécessaire pour faire varier le courant d’une décade (pente sous le seuil S) vaut S = (kT/q)·ln10·(1 + Cd/Cox), soit environ 60 mV/dec à température ambiante même dans le cas idéal (Cd = 0). Abaisser Vth ne laisse qu’environ 60 mV de marge par décade de courant de fuite, ce qui fait obstacle à la baisse de la tension d’alimentation. Des dispositifs passant sous cette limite, comme les FET à effet tunnel, sont étudiés.

Quels composants sont étudiés pour franchir la barrière des 60 mV/déc de pente sous le seuil ?

  1. ALa diode
  2. BLe thyristor
  3. CLe FET à effet tunnel et le FET à capacité négative
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Réponse : C. Le FET à effet tunnel et le FET à capacité négative

Dans un MOSFET classique, les porteurs franchissent la barrière par activation thermique ; à température ambiante, la commutation ne peut être plus abrupte que 60 mV/déc, ce qui fait obstacle à la baisse de la tension d'alimentation. Le FET à effet tunnel conduit par effet tunnel bande à bande entre source et canal et n'est pas limité par la distribution thermique ; le FET à capacité négative amplifie en interne la tension de grille grâce à la capacité négative d'un ferroélectrique ; tous deux visent à passer sous cette limite. Le faible courant à l'état passant est notamment un défi.

« Pente sous le seuil (subthreshold swing) » dans les explications

Questions mentionnant « Pente sous le seuil (subthreshold swing) » (7)

  1. Quelle valeur est la plus proche de la limite inférieure théorique, à température ambiante, de la pente sous le seuil d’un MOSFET (tension de grille nécessaire pour faire varier le courant de drain d’une décade sous le seuil) ?
  2. Quels composants sont étudiés pour franchir la barrière des 60 mV/déc de pente sous le seuil ?
  3. Comment la pente sous le seuil (SS) a-t-elle généralement évolué lors du passage du transistor planaire au FinFET ?
  4. Quelle valeur est la plus proche de la tension thermique kT/q à température ambiante (300 K) ?
  5. Quelle augmentation de tension directe faut-il approximativement, à température ambiante, pour multiplier par 10 le courant direct d'une diode idéale (facteur d'idéalité n = 1) ?
  6. Lequel des énoncés suivants correspond à un effet de canal court du MOSFET ?
  7. Quelle est la définition de l'indicateur de performance « rapport Ion/Ioff » d'un transistor ?

Termes associés

FinFET ALE (gravure de couches atomiques) Facteur d'idéalité Effet de canal court Tension de seuil DIBL GAA (grille enrobante, gate-all-around) CMOS Couche d'inversion Courant de court-circuit transitoire

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