Conducción subumbral

La conducción subumbral , la fuga subumbral o la corriente de drenaje subumbral es la corriente entre la fuente y el drenaje de un MOSFET cuando el transistor se encuentra en la región subumbral o en la región de inversión débil , es decir, para voltajes de puerta a fuente inferiores al voltaje umbral . ^{[ 1 ]}

La cantidad de conducción subumbral en un transistor viene determinada por su tensión umbral , que es la tensión de puerta mínima necesaria para conmutar el dispositivo entre los estados de encendido y apagado . Sin embargo, dado que la corriente de drenaje en un dispositivo MOS varía exponencialmente con la tensión de puerta, la conducción no se anula inmediatamente al alcanzar la tensión umbral. En cambio, continúa mostrando un comportamiento exponencial con respecto a la tensión de puerta subumbral. Al representar gráficamente esta corriente de drenaje subumbral en función de la tensión de puerta aplicada, se observa una pendiente logarítmica lineal , que se define como la pendiente subumbral . La pendiente subumbral se utiliza como parámetro de rendimiento para la eficiencia de conmutación de un transistor. ^{[ 2 ]}

En los circuitos digitales, la conducción subumbral generalmente se considera una fuga parásita en un estado que idealmente no debería presentar conducción. En cambio, en los circuitos analógicos de micropotencia , la inversión débil es una región de operación eficiente, y la conducción subumbral es un modo de transistor útil en torno al cual se diseñan las funciones del circuito. ^{[ 3 ]}

Históricamente, en los circuitos CMOS, la tensión umbral ha sido insignificante en comparación con el rango completo de tensión de puerta entre la tierra y la tensión de alimentación, lo que permitía tensiones de puerta significativamente inferiores al umbral en el estado apagado . A medida que las tensiones de puerta se redujeron con el tamaño del transistor , el margen para la oscilación de la tensión de puerta por debajo de la tensión umbral se redujo drásticamente, y la conducción subumbral se convirtió en una parte significativa de la fuga en estado apagado de un transistor. ^{[ 4 ] [ 5 ]} Para una generación de tecnología con una tensión umbral de 0,2 V, la conducción subumbral, junto con otros modos de fuga, puede representar el 50 % del consumo total de energía. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Algunos dispositivos aprovechan la conducción subumbral para procesar datos sin encenderse ni apagarse completamente. Incluso en transistores estándar, se produce una pequeña fuga de corriente aunque estén técnicamente apagados. Algunos dispositivos subumbrales han logrado operar con entre el 1 y el 0,1 por ciento de la potencia de los chips estándar. ^{[ 8 ]}

Estas operaciones de menor potencia permiten que algunos dispositivos funcionen con las pequeñas cantidades de energía que se pueden obtener sin una fuente de alimentación conectada, como un monitor de ECG portátil que puede funcionar completamente con el calor corporal. ^{[ 8 ]}

• Modos de agotamiento y enriquecimiento
• Circuito integrado
• Ley de Moore
• Longitud multicanal
• Pendiente subumbral

• Gaudet, Vincent C. (1 de abril de 2014) [25 de septiembre de 2013]. «Capítulo 4.1. Técnicas de diseño de bajo consumo para tecnologías CMOS de última generación». Escrito en Freiberg, Alemania. En Steinbach, Bernd [en alemán] (ed.). Avances recientes en el dominio booleano (1.ª  ed.). Newcastle upon Tyne, Reino Unido: Cambridge Scholars Publishing . págs. 187–212 . ISBN  978-1-4438-5638-6. Consultado el 4 de agosto de 2019 .(xxx+428 páginas)