阈值电压是什么意思?

        一、阈值电压的定义

        阈值电压：若在一定的偏置电压下，沟道(反型层)内的载流子浓度与衬底载流子浓度相等，则认为此时的偏置电压为阈值电压。通常将传输特性曲线中输出电流随输入电压改变而急剧变化转折区的中点对应的输入电压称为阈值电压。在描述不同的器件时具有不同的参数。如描述场发射的特性时，电流达到10mA时的电压被称为阈值电压。

        比如常见的mos管，当器件由耗尽向反型转变时，要经历一个si表面电阻浓度等于空穴浓度的状态，此时器件处于临界导通状态，器件的栅电压定义为阈值电压，它是MOSFET的重要参数之一;如描述场发射的特性时，电流打到10mA时的电压被称为阈值电压。

        二、阈值电压影响因素

        一个特定的晶体管的阈值电压有很多影响因素，比如背栅的掺杂，电介质的厚度，栅极材质和电介质中的过剩电荷。

        1、背栅的掺杂

        backgate的掺杂是决定阈值电压的主要因素。如果背栅掺杂越多，它的反转就越难。如果想要反转就要更强的电场，阈值电压就上升了。MOS管的背栅掺杂能通过在介电层表面下的稍微的implant来调节。这种implant被叫做阈值调整implant(或Vt调整implant)。如果implant是由受主组成的，那么硅表面反转就更难，阈值电压因此会升高。如果implant是由受主组成的，那么硅表面反转会更容易，阈值电压降低。如果注入的donors够多，硅表面实际上就反向掺杂了。所以，在零偏置下就有了一薄层N型硅来形成永久的沟道。随着栅极偏置电压的升高，沟道变得越来越强的反转。随着栅极偏置电压的下降，沟道变的越来越弱，最后消失了。这种NMOS管的阈值电压实际上是负的。这样的晶体管称为耗尽型NMOS。

        2、电介质

        电介质在决定阈值电压方面起了重要性作用。厚电介质由于比较厚而削弱了电场。所以厚电介质使阈值电压升高，而薄电介质使阈值电压降低。理论上来讲，电介质成分也会改变电场强度。但实际情况来讲，几乎所有的MOS管都用纯sio2作为gate dielectric。这种物质可以以极纯的纯度和均匀性生长成特别薄的薄膜;其他物质跟它都不能比。

        3、栅极的物质成分

        栅极的物质成分对阈值电压也会有所影响的。当GATE和BACKGATE短接时，电场就施加在gate oxide上。这主要是因为GATE和BACKGATE物质之间的work function差值引起的。几乎所有数实际应用的晶体管都用重掺杂的多晶si作为栅极。改变多晶硅的掺杂程度就能控制它的work function。

        4、介电层与栅极界面上过剩的电荷

        GATE OXIDE或氧化物和硅表面之间界面上过剩的电荷也会影响阈值电压。这些电荷中有离子化的杂质原子，捕获的载流子，或结构缺陷。电介质或者是它表面捕获的电荷会影响电场并进一步影响阈值电压。如果被捕获的电子随着时间，温度或偏置电压而变化，那么阈值电压也会随之变化。

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