溫度反轉效應

文章目錄

• • 溫度反轉效應
  • 概念理解
  • 溫度反轉的原因
  • 溫度對晶體管遷移率的影響
  • 溫度對晶體管閾值電壓影響
  • 溫度對寄生參數的影響

概念理解

傳統工藝下，隨著溫度的降低，單元延時隨之減小。但是在先進工藝下，隨著溫度的降低，單元延時反而增加的一個現象叫作溫度反轉效應，可以用下面的圖形形象地刻畫。所以最差的延時既可能發生在溫度最高的情況，也可能發生在溫度最低的時候。

溫度反轉的原因

溫度對晶體管有兩個影響，一個是晶體管閾值電壓，一個是晶體管的遷移率。隨著溫度降低，晶體管閾值電壓增高，晶體管的遷移率提高。但是閾值電壓增高會使延時變大，遷移率增加會使延時變小，因而說明在低電壓時，對閾值電壓的影響起主導作用。

溫度對晶體管遷移率的影響

先說結論，如下圖隨著溫度下降，遷移率升高。

如下圖載流子遷移率公式。分母中第一項指晶格散射，第二項指電離雜質散射。
1.在摻雜濃度較低時（晶體管的情況）
我們第一項是比較關鍵，第二項可以忽略。也就是晶格散射占主要地位。濃度反應Ni的值變化。因而隨著溫度降低，載流子遷移率增大。
2.在摻雜濃度較高時
第二項變得越來越重要（也就是電離雜質散射占主要地位），因而隨著溫度的降低，遷移率變小。但是如果溫度足夠高的時候，晶格散射重新占據主要地位，隨著溫度降低遷移率增加。

溫度對晶體管閾值電壓影響

1.根據電勢，可以寫出閾值電壓和溫度的關系。

2.對溫度T進行求導

3.帶入300K等常數，可以得到閾值電壓和溫度對求導時負值。

溫度對寄生參數的影響

溫度降低導致線電阻降低，rc寄生變小。線電阻主要是由于電子和金屬線中金屬原子和金屬離子相碰撞產生的，在低溫下，金屬原子或者金屬離子的熱運動降低，因而電阻減小。

總結

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