最後更新:2026年10月8日製程節點・元件結構閘極堆疊(High-k/金屬閘極)中國大陸:阈值电压(Vth)

臨界電壓(Vth)是什麼

Threshold Voltage

臨界電壓(Vth)是使 MOSFET(場效電晶體)導通所需的最小閘極電壓。

目錄4 項
  1. 定義與原理
  2. 相關企業
  3. 相關用語
  4. 比較文章

定義與原理

臨界電壓(Vth:Threshold Voltage,又稱門檻電壓)是使 MOSFET(場效電晶體)導通所需的最小閘極電壓。當閘極電壓超過 Vth,通道區域會形成反轉層(電流路徑),電流開始從源極流向汲極。Vth 是決定電晶體開關動作、功耗與速度最基本的參數之一。

Vth 低時,電晶體能以較小的閘極電壓導通,有利於高速運作,但關閉時的漏電流增加,使待機功耗變大。反之,Vth 高時漏電流減少,但運作變慢。為管理此取捨,先進邏輯會在1顆晶片內製作多種 Vth(Multi-Vt:高速用的 LVT、低漏電用的 HVT 等),並依電路區塊進行最佳化。

Vth 透過閘極絕緣膜的厚度與材料(High-k)、閘極電極的功函數(金屬閘極)、通道的摻雜濃度等進行設計與調整。在 HKMG(High-k/金屬閘極)技術中,藉由功函數金屬的選擇分別控制 nMOS 與 pMOS 的 Vth。微縮越推進,抑制製造變異造成的 Vth 波動(隨機變異)就越成為良率的關鍵。

當短通道效應(SCE)變得顯著時,會出現汲極電壓使 Vth 下降的 DIBL 等現象,使關閉電流難以控制。這正是促使電晶體轉向 FinFET 與 GAA(環繞式閘極)等立體結構的根本原因;Vth 的穩定控制是微縮時代電晶體設計的核心課題。

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