【芯片设计】温度对阈值电压的影响?温度翻转效应发生的原因?
溫度對晶體管閾值電壓的影響是一種重要的影響因素,其影響的原因是由于溫度的變化會導(dǎo)致材料本身的物理特性發(fā)生變化。
在晶體管的工作中,閾值電壓是指控制電壓與柵極電壓之差,達(dá)到這個電壓值后晶體管就開始導(dǎo)通。隨著溫度的變化,導(dǎo)體的電阻會發(fā)生變化,從而影響到柵極電壓的大小,同時材料的電子特性也會發(fā)生變化,從而影響到閾值電壓的大小。
一般來說,當(dāng)溫度升高時,閾值電壓會降低,這意味著控制電壓與柵極電壓之差變小,晶體管容易被激發(fā)進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài),從而會增加功耗和熱量。因此,在設(shè)計(jì)中需要考慮溫度對閾值電壓的影響,并對芯片進(jìn)行充分的溫度測試和特性化,以保證芯片在不同溫度下的正常工作。
IC芯片必須適應(yīng)溫度不恒定的環(huán)境,當(dāng)芯片運(yùn)行時,由于開關(guān)功耗、短路功耗和漏電功耗會使芯片內(nèi)部的溫度發(fā)生變化。溫度波動對性能的影響通常被認(rèn)為是線性的,通常對于一個管子,當(dāng)溫度升高,空穴/電子的遷移率會變慢(晶格振動散射對載流子的影響越來越強(qiáng)),使延時增加。
注意溫度翻轉(zhuǎn)效應(yīng):
但在深亞微米,溫度對性能的影響會導(dǎo)致一種溫度反轉(zhuǎn)現(xiàn)象,因?yàn)闇囟鹊纳咭矔构茏拥拈撝惦妷航档?#xff0c;較低的閾值電壓意味著更高的電流,因此管子的延時減小,而在溫度較低時,閾值電壓帶來的變化對性能的影響更大,因此器件會出現(xiàn)一段性能隨溫度下降的曲線,之后再隨溫度上升,至于溫度翻轉(zhuǎn)點(diǎn)跟具體的工藝相關(guān)。
這里可以理解為深亞微米工藝在較低溫度時,閾值電壓降低帶來的daley變化占主導(dǎo)!
總結(jié)
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