Corrente di sottosoglia

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La corrente di sottosoglia è un fenomeno che riguarda il funzionamento dei MOSFET nella regione sottosoglia, consistente nella formazione di una debole corrente tra il source e il drain.

Nel modello di base dei MOSFET sono previste tre regioni di funzionamento, in particolare è prevista la regione di interdizione (cut-off) quando , ovvero quando la tensione applicata al gate non raggiunge il valore di soglia necessario alla formazione del canale e di conseguenza non scorre alcuna corrente tra il source e il drain. In realtà, nei casi in cui la tensione è inferiore ma prossima a , alcuni elettroni del source scorrono verso il drain dando vita ad una piccola corrente di drain che dipende esponenzialmente da

Nella distribuzione di Boltzmann alcuni elettroni hanno comunque energia sufficiente per passare tra D e S: scorre una piccola corrente di sottosoglia, che varia esponenzialmente con , ed è definita approssimativamente dalla relazione:[1][2]

,

dove è la corrente per , è la capacità della regione di svuotamento e la capacità dello strato di ossido.
In un transistore il cui canale sia sufficientemente lungo non c'è dipendenza della corrente dalla tensione del drain finché . Questa corrente è una delle cause del consumo di potenza nei circuiti integrati.

Nei circuiti digitali, la conduzione di sottosoglia è generalmente vista come una corrente parassita in uno stato che idealmente non prevedrebbe corrente. Nei circuiti analogici, d'altro canto, la zona di sottosoglia è considerata come una vera e propria regione di funzionamento e la corrente di sottosoglia è una normale proprietà del transistor.

In passato, tale corrente era insignificante, ma con la miniaturizzazione dei transistor ora arriva causare fino al 50% del consumo totale di potenza. La spiegazione sta nel fatto che per ridurre la potenza dissipata nei circuiti integrati (proporzionale al quadrato della tensione di alimentazione) la ricerca sul VLSI è sempre stata sviluppata anche in modo da ridurre la tensione di alimentazione. Così come la tensione di alimentazione è diminuita, per migliorare l'efficienza energetica, la tensione di soglia è scesa nelle stesse proporzioni. Come quest'ultima si è ridotta, gli effetti sul consumo energetico della corrente di sottosoglia sono aumentati esponenzialmente.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ P R Gray, P J Hurst, S H Lewis, and R G Meyer, Analysis and Design of Analog Integrated Circuits, Fourth Edition, New York, Wiley, 2001, pp. 66–67, ISBN 0-471-32168-0.
  2. ^ P. R. van der Meer, A. van Staveren, A. H. M. van Roermund, Low-Power Deep Sub-Micron CMOS Logic: Subthreshold Current Reduction, Dordrecht, Springer, 2004, p. 78, ISBN 1-4020-2848-2.

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