MOS トランジスタのＶＴＨの計り方

質問

ずぶの素人です。ＭＯＳトランジスタを単体でシミュレーション動作させてその時のＶＴＨを測りたいのですがどのような回路でどのようにシミュレーションさせて測定すればいいのかさっぱりわかりません。
シミュレーターはｓｐｅｃｔｒｅを想定しています。更に具体的に言うとｓｐｅｃｔｒｅネットリストにdelvt0を設定してそのパラメーターが正常に効いているかどうかを確認したいと考えています。いろいろネットを検索してみたのですがよくわかりません。どなたかご指導下さい。

回答No.1

xpopo · ベストアンサー

ｓｐｅｃｔｒｅは持ってませんのでフリーのspiceシミュレータLTSpiceを使った例で説明します。（こちら　http://yahoo.jp/box/zPv9l6　にアップした資料を参照して説明します。)

１）回路は資料のようにまず、FETのゲートとソースの間に電圧源（この場合、V_gs）を接続します。またドレインとソースの間には別のDC電源（V1)を接続します。

２）シミュレーション
　まずV_gsを0Vから2Vまでスイープします。資料の場合はV_gsを10mV刻みで増加させてます。
　また、FETのVT0はspecterのようなdelvt0のようなパラメータはLTSpiceでは使えませんのでVT0を変数に設定（Vt0x)してパラメトリック・プロット機能を使ってVt0を0.5Vから1.5Vまで0.5V刻みで変化させています。

　シミュレーション結果は横軸がゲート－ソース間電圧Vgsを縦軸はドレイン電流Id(M1)を表しています。

specterを使っての説明ではないので分かりづらいかもしれませんが．．．

補足

解説ありがとうございます。だいたいおっしゃっていることは解るのですが、説明していだいた回路を作成して出力波形からｖｔｈを取得するのだと思うのですが、解説の波形から
どのようにvthの値を取得すればいいのでしょうか？
なさけない質問で申し訳ありません。ご指南お願いします。

回答No.4

xpopo

＞ＶＴＨを取得する方法はご丁寧な解説でだいたいわかってきたのですが、なぜこの方法でＶＴＨが測定できるのか解説をお願いできないでしょうか？申し訳ありません。

回答＞＞こちら（http://yahoo.jp/box/hhajmo）の例で説明します。

　まず、Vt0xのパラメータが０．５Vに設定されたカーブ（黄色の線）ではゲート電圧（横軸）が0Vから少しずつ増大して行き0.5VのところからID（縦軸）が急激に増大してるのが分かると思います。VTHの定義はIDSが急激に増加する時のVGSをVTHとしてますので、このVGS=0.5VがVTHだということが分かります。
　同様に、Vt0xのパラメータを1.0Vni設定された時のカーブ（青色）ではゲート電圧が1.0Vを超えるところでIDが急激に増加していることが分かりますので、VGS=1.0VがVTHだということが分かります。
　同様にVt0xのパラメータが1.5Vに設定されたカーブ（赤色）ではゲート電圧が1.5Vを超えるところでIDが急激に増加していることが分かりますので、VGS=1.5VがVTHだということが分かります。

これでお分かりになると思いますが、どうですか。

回答No.3

xpopo

回答NO.2です。VTHの定義ですが、半導体メーカのデータ・シートではゲート－ソース間電圧とドレイン－ソース間電圧を等しくして、ドレイン電流がある値の時という形で定義されてるのが多いので、こちら（http://yahoo.jp/box/gee1tm）に示したような回路でＤＣ電源V_gsを0.4mV刻みで0Vから2Vまで変化させてかつパラメータとしてVt0をVt0xとして0.5V、1.0V、1.5Vの3つの値に変化させた時のドレイン電流Id(M1)をシミュレーションしてプロットしてあります。
　この例ではFETのVthの測定条件はVGS=VDS、IDS＝250uAですので、得られた測定結果から縦軸の250uAのポイントから波形の交差するそれぞれの点のV_gs（グラフの横軸はV_gs）を読み取ります。
パラメータとグラフの関係は青がVth0x=0.5V、赤が1.0V、灰色が1.5Vになってます。

回答No.2

xpopo

＞解説ありがとうございます。だいたいおっしゃっていることは解るのですが、説明していだいた回路を作成して出力波形からｖｔｈを取得するのだと思うのですが、解説の波形からどのようにvthの値を取得すればいいのでしょうか？

回答＞＞すみません、説明が不十分で分かりづらかったですね。

出力波形の縦軸を対数にします。こちら（http://yahoo.jp/box/hhajmo）に縦軸を対数にした特性を載せました。図で水平軸に漸近したポイントがVthになります。
それから、V_gsの刻みは1mVと細かくします。

お礼

ご丁寧な解説ありがとうございます。
なんとかこの方法で測定できそうな気がしてきました。
試行錯誤してみます。

補足

ＶＴＨを取得する方法はご丁寧な解説でだいたいわかってきたのですが、なぜこの方法でＶＴＨが測定できるのか解説をお願いできないでしょうか？申し訳ありません。