温度反演对下部节点的影响

阈值电压是电子流经通道所需的最小电压。它用V表示千的场效应管。此外，当导电通道刚准备连接到晶体管的源极和漏极触点时，它是栅源电压的值。这允许大量的电流流动。迁移率是测量载流子（电子或空穴）在电场存在下通过半导体的速度。半导体迁移率取决于杂质浓度、温度、电子和空穴浓度。迁移率是电场与导电材料中载流子的漂移速度之间的比例常数。取决于半导体晶体的质量、晶体中杂质的数量和温度。

温度对迁移率、阈值电压的影响及其对 HVT 和 LVT 电池延迟的影响。

随着温度的升高，晶格振动增加，电子被晶格散射的概率增加。因此，在高温下，迁移率受到声子散射的限制

其中μ代表迁移率，VTH代表阈值电压。1 ≤α ≥ 2

我D取决于迁移率 （μ） 和阈值电压 （V千）。漏极电流由在给定温度和电压下影响它的系数决定。迁移率决定了高电源电压（VDD）。

在较低的电源电压 （VDD） 阈值电压 （ VT） 影响并确定漏极电流。

阈值电压

MOSFET 阈值电压由下式给出［2］;

其中 VFB是？在带电压，γ是Si的体效应参数，是费米能量。MOSFET中的阈值电压通常被建模为随温度升高线性降低。

最终漏极电流由两个因素决定：阈值电压（ VT）和移动性（μ）。在给定温度和电源电压下影响漏极电流的因素。在高 V 下DD，迁移率（μ）决定漏极电流，但在低VDD时，阈值电压决定漏极电流。

在高电源电压下，较高的温度会增加延迟。

在低电源电压下，较高的温度会降低延迟。

因此，延迟随着温度的升高而增加或减少，具体取决于电源电压的大小（VDD）。

温度反转对电池延迟的影响

如前所述，迁移率和阈值电压都随着温度的升高而降低。然而，它们对漏极电流的影响是相反的。

较低的迁移率可降低漏极电流。

较低的阈值电压会导致（ID）漏极电流增加。

因此，可以说，随着温度的升高，电池的延迟会根据公式1中所述的电流（ID）变化而变化。

阈值电压 （VTH） 降低，从而减少电池延迟。

迁移率降低导致细胞延迟增加。

阈值电压（V千）和迁移率（μ）以占主导地位者为准，将决定小区延迟是上升还是下降。

情况 1：当 （VDD -V千）栅极过驱动电压高，则由于温度变化，阈值电压的变化可以忽略不计（图1［3］）。阈值电压变化对延迟的影响非常小。由于电池的延迟随着温度的升高而增加，迁移率效应占主导地位。

（图1）

案例 2：当 VDD低，其值接近V千。在较低节点的阈值电压（V千）并没有降低太多，但电源电压已大大降低，以降低漏电功率问题（图2［4］）。然后，阈值电压变化V千对延迟有主要影响。

（图 2g

在较低的 VDD和更高的温度，电池延迟值随着VDDV的方法千。

表1和表2包含180nm和45nm电池的延迟，两种不同的温度（0°C和125°C），两种不同的电源电压（1.8和.8v）。它观察到细胞的延迟增加。当 （VDD -V千）栅极，过驱动电压高。然后，由于温度变化不充分，阈值电压的变化可以忽略不计。因此，阈值电压变化的影响非常小，导致电池延迟变化很小。

如表1所示，由于电池温度升高的延迟，迁移率效应占主导地位。

当 VDD是低其值接近 V千。因此，在较低的节点上，阈值电压（V千）没有降低，但电源电压降低了阈值电压变化。

V千对延迟有主导作用，因此电池的延迟随着温度的升高而降低，如表2所示。

在 180 纳米 CMOS 技术中，在标称电源电压 （V = 1.8 V） 下工作的电路的延迟随温度的变化［4］

（表1）

在 45 纳米 CMOS 技术中，在标称电源电压 （V = 0.8 V） 下工作的电路的延迟随温度的变化 ［4］

（表2）

根据在16nm上进行的实验结果

在较低的电源电压下，温度反转效应在较高的Vt电池上更为突出。

对高VTH电池响应温度反转的效果更有效。SVT没有太大变化，LVT变化最小，如表3所示，在16nm技术节点上完成。

延迟随温度变化 125，在 16 NM 技术中以标称电源电压 （V = 0.8 V） 工作

（表3）

观察

在技术较低的节点中，电源电压较低，并且可以看到温度反转的影响。从上面的实验中可以看出，显示细胞延迟随着温度的升高而降低。因此，随着温度的升高，VTH（阈值电压）的影响更大，迁移率对电池延迟的贡献很小。

因此，对于低技术中的低电平，当温度升高时，单元延迟会降低，与较高技术节点相比，单元延迟表现出与较低节点技术的温度相反的行为。

结论

温度反转会影响迁移率和阈值电压，这些因素取决于电源电压。如果电源电压在与VTH相当的范围内，则阈值电压效应占主导地位，而如果电源电压大于VTH则迁移率占主导地位。

审核编辑：郭婷