La fórmula de cálculo para el voltaje umbral es la siguiente:
1 Cuando se mide ID=0.1uA en el diagrama de forma de onda, VGS=0.356V, entonces VT(ci)=. 0,356 V; cuando ID = 1 uA, VGS = 0,467 V.
2. Mida gm (máx.) = 29,6u en el gráfico de forma de onda. En este momento, VGS es aproximadamente 0,675 ~ 0,679 V, así que tómelo.
El voltaje umbral V del MOSFET es el voltaje puerta-fuente requerido cuando se produce una fuerte inversión en la superficie del semiconductor debajo de la puerta metálica, lo que da como resultado un canal conductor. Desde que aparece por primera vez una fuerte inversión, hay muy pocos electrones conductores en el canal de superficie y la capacidad conductora de la capa de inversión es débil, por lo que la corriente de fuga también es relativamente pequeña.
Factores que afectan el voltaje umbral
1. Dopaje backgate
El dopaje backgate es el principal factor que determina el voltaje umbral. Si la puerta trasera está más dopada, será más difícil invertirla. Si desea invertir el campo eléctrico, se necesita un campo eléctrico más fuerte y el voltaje umbral aumenta. El dopaje de la puerta trasera del tubo MOS se puede ajustar mediante un ligero implante debajo de la superficie de la capa dieléctrica. Este implante se denomina implante de ajuste de umbral (o implante de ajuste de Vt).
Si el implante está compuesto por aceptores, será más difícil que la superficie de silicio se invierta, por lo que el voltaje umbral aumentará. Si el implante está compuesto de donantes, la inversión de la superficie de silicio es más fácil y el voltaje umbral disminuye.
Si se inyectan suficientes donantes, la superficie de silicio en realidad se dopa de forma inversa. Por lo tanto, hay una fina capa de silicio tipo N para formar un canal permanente con polarización cero. A medida que aumenta el voltaje de polarización de la puerta, el canal se invierte cada vez más. A medida que el voltaje de polarización de la puerta disminuye, el canal se vuelve cada vez más débil y finalmente desaparece. El voltaje umbral de este tubo NMOS es en realidad negativo. Estos transistores se denominan NMOS en modo de agotamiento.
2. Dieléctrico
El dieléctrico juega un papel importante en la determinación del voltaje umbral. Los dieléctricos gruesos debilitan el campo eléctrico porque son más gruesos. Entonces, los dieléctricos gruesos aumentan el voltaje umbral, mientras que los dieléctricos delgados disminuyen el voltaje umbral. Teóricamente, la composición dieléctrica también cambiará la intensidad del campo eléctrico. Pero en realidad, casi todos los tubos MOS utilizan sio2 puro como dieléctrico de puerta. Esta sustancia puede convertirse en películas extremadamente delgadas con extrema pureza y uniformidad, ninguna otra sustancia se puede comparar con ella;
3. Composición del material de la puerta
La composición del material de la puerta también afectará el voltaje umbral. Cuando GATE y BACKGATE están en cortocircuito, se aplica un campo eléctrico al óxido de la puerta. Esto se debe principalmente a la diferencia en la función de trabajo entre las sustancias GATE y BACKGATE. Casi todos los transistores en aplicaciones prácticas utilizan Si policristalino fuertemente dopado como puerta. Cambiar el nivel de dopaje del polisilicio puede controlar su función de trabajo.
4. El exceso de cargas en la interfaz entre la capa dieléctrica y la puerta
ÓXIDO DE PUERTA o el exceso de cargas en la interfaz entre el óxido y la superficie de silicio también afectarán el voltaje umbral. Entre estas cargas se encuentran átomos de impurezas ionizadas, portadores atrapados o defectos estructurales. El dieléctrico, o cargas atrapadas en su superficie, afecta el campo eléctrico y afecta aún más el voltaje umbral. Si los electrones atrapados cambian con el tiempo, la temperatura o el voltaje de polarización, entonces el voltaje umbral también cambiará.