什麼是次臨界擺幅

在臨界電壓以下，使汲極電流改變 10 倍所需的閘極電壓。室溫下的理論下限約為 60 mV/decade，越小則導通與關閉的切換越陡峭。

日文名稱: サブスレッショルドスイング

「次臨界擺幅」出現在1領域的4道練習題中（先進電晶體（FinFET與GAA）等）。

這個名詞所屬的領域: MOSFET

練習次臨界擺幅的題目

以突破次臨界擺幅 60 mV/dec 之極限為目標而研究的元件是哪一個？

  1. A二極體
  2. B閘流體
  3. C穿隧 FET 或負電容 FET
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正確答案：C. 穿隧 FET 或負電容 FET

一般的 MOSFET 是靠載子以熱方式越過能障的機制，因此在室溫下無法比 60 mV/dec 更陡峭地切換，成為降低電源電壓的障礙。穿隧 FET 藉由源極與通道之間的帶間穿隧來導通電流，因此不受熱分布限制；負電容 FET 則利用鐵電體的負電容在內部放大閘極電壓，兩者都以低於此極限為目標。導通電流小等是課題。

從平面型電晶體轉換為 FinFET 後，次臨界擺幅（SS）一般有何變化？

  1. A變得低於理論極限的約 60 mV/dec
  2. B趨近理論極限的約 60 mV/dec（變小）
  3. C變大，更難以關閉
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正確答案：B. 趨近理論極限的約 60 mV/dec（變小）

次臨界擺幅為 S = (kT/q)·ln10·(1 + Cd/Cox)，閘極以外的電容（空乏層等）影響越小，就越接近理論極限的約 60 mV/dec。平面型的微小電晶體曾惡化到 80～100 mV/dec，但 FinFET 因從三個方向控制，改善到約 65～70 mV/dec。不過，只要是依熱原理運作，就無法低於 60 mV/dec。

解析中的「次臨界擺幅」

出現「次臨界擺幅」的題目（4題）

  1. 以突破次臨界擺幅 60 mV/dec 之極限為目標而研究的元件是哪一個？
  2. 從平面型電晶體轉換為 FinFET 後，次臨界擺幅（SS）一般有何變化？
  3. 下列何者屬於 MOSFET 的短通道效應？
  4. 下列關於電晶體性能指標「Ion/Ioff 比」的說明，何者正確？

相關名詞

FinFET(鰭式場效電晶體) 空乏層 臨界電壓 短通道效應 DIBL(汲極引發位障降低) GAA(環繞式閘極) 反轉層 平帶電壓 基板偏壓效應 貫穿(Punch-through)

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