Kynnysjännitteen

Kynnysjännitteen (threshold voltage, Vth) käsite liittyy puolijohteiden ja transistorien virran alkamiseen. MOSFET-tyyppisissä transistorissa kynnysjännite on gate–source-jännitteen arvo, jolla invertioalusta muodostuu riittävän vahvaksi sivunäytöksi ja kanava muodostuu drainin sekä lähteen välillä. Tämänvärinen jännite määrittää, milloin transistorin läpi alkaa kulkea merkittävä virta. Jos jännite on tätä arvoa pienempi, virta on hyvin pientä subthreshold-alueella.

Kynnysjännite ei kuitenkaan ole yksiselitteinen vakio. Se riippuu monista tekijöistä, kuten lämpötilasta, kanavan dopauksesta, eristepaksuudesta (oksidin paksuus), sekä kuinka transistorin kanava ja runko on kytketty (body bias). Yleensä kynnysjännite PMOS-transistoreilla on negatiivinen ja NMOS-transistoreilla positiivinen, mutta tarkka arvo vaihtelee teknologian mukaan. Modernien logiikkatransistoreiden kynnysjännite on tyypillisesti murto-osaa voltista, esimerkkeinä noin 0,2–0,7 V NMOS-laitteille ja vastaavat negatiiviset arvot PMOS:ille, riippuen käytetystä teknologiasta.

Mittaa- ja määrittelytavat: kynnysjännite määritellään useilla tavoilla, usein Id–Vgs-käyrän eksaktin pisteen avulla (esimerkiksi Id-arvon määrittämällä Vgs:iin). Käytännössä Vth vaikuttaa digitaalisen logiikan kytkyrinttihin sekä subthreshold-läpinäkyvyyteen: pienelläkin Vgs-eroennuksella on vaikutusta, miten herkästi silta kytkeytyy päälle ja miten paljon vuotoa syntyy. Subthreshold-alueella virta riippuu eksponentiaalisesti Vgs:stä, mikä korostaa kynnysjännitteen roolia.

Kynnysjännite on keskeinen parametri sekä suunnittelussa että simuloinneissa, ja sitä pyritään hallitsemaan toleranssien, lämpötilan ja teknologisen prosessin mukaan.