La conducción por debajo del umbral o la fuga por debajo del umbral o la corriente de drenaje por debajo del umbral es la corriente entre la fuente y el drenaje de un MOSFET cuando el transistor está en la región por debajo del umbral o en la región de inversión débil , es decir, para voltajes de puerta a fuente por debajo del voltaje umbral . [1]
La cantidad de conducción por debajo del umbral en un transistor está establecida por su voltaje umbral , que es el voltaje de puerta mínimo requerido para cambiar el dispositivo entre los estados encendido y apagado . Sin embargo, como la corriente de drenaje en un dispositivo MOS varía exponencialmente con el voltaje de la puerta, la conducción no se vuelve inmediatamente cero cuando se alcanza el voltaje umbral. Más bien continúa mostrando un comportamiento exponencial con respecto al voltaje de puerta subumbral. Cuando se representa frente al voltaje de compuerta aplicado, esta corriente de drenaje subumbral exhibe una pendiente log-lineal , que se define como pendiente subumbral . La pendiente subumbral se utiliza como factor de mérito para la eficiencia de conmutación de un transistor. [2]
En los circuitos digitales, la conducción por debajo del umbral generalmente se considera una fuga parásita en un estado que idealmente no tendría conducción. Por otro lado, en los circuitos analógicos de micropotencia, la inversión débil es una región operativa eficiente y el subumbral es un modo de transistor útil en torno al cual se diseñan las funciones del circuito. [3]
Históricamente, en los circuitos CMOS, el voltaje umbral ha sido insignificante en comparación con el rango completo de voltaje de puerta entre los voltajes de tierra y de suministro, lo que permitía voltajes de puerta significativamente por debajo del umbral en el estado apagado . A medida que los voltajes de compuerta se redujeron con el tamaño del transistor , el espacio para que el voltaje de compuerta oscilara por debajo del voltaje umbral se redujo drásticamente y la conducción por debajo del umbral se convirtió en una parte importante de la fuga fuera del estado de un transistor. [4] [5] Para una generación de tecnología con un voltaje umbral de 0,2 V, la conducción por debajo del umbral, junto con otros modos de fuga, puede representar el 50% del consumo total de energía. [6] [7]
Algunos dispositivos aprovechan la conducción por debajo del umbral para procesar datos sin encenderse o apagarse por completo. Incluso en los transistores estándar se pierde una pequeña cantidad de corriente, incluso cuando técnicamente están apagados. Algunos dispositivos por debajo del umbral han podido funcionar 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 pequeñas cantidades de energía que se pueden aprovechar sin una fuente de alimentación conectada, como un monitor de electrocardiograma portátil que puede funcionar completamente con el calor corporal. [8]