- Leakage power -
- leakage power란 logic의 off mode에서 소비되는 전력입니다.
→ logic이 off mode인데 누설되는 전력이 왜 생기는 것인지 알아보았습니다.
Leakage power가 생기는 이유
- 다이오드 역 바이어스 전류 (Diode reverse bias current)
- 하위 임계 값 누설 전류 (Sub-threshold leakage current)
- Gate 산화물 누출 (Gate oxide leakage)
다이오드 역 바이어스 전류 (Diode reverse bias current)
- 역 바이어스를 걸어줄 경우 barrier가 높아져 전류가 통하지 않아야 하지만 미세하게 통합니다.
* 역 바이어스 : N형 반도체 쪽에는 양극(+), P형 반도체 쪽에는 음극(-)를 연결해 주는 것
역 바이어스를 걸어줄 때 미세하게 전류가 흐르는 이유
- PN 접합 시 전기장(E-field)가 생성됩니다.
- 이 전기장은 bias 여부와 상관없이 정공과 자유전하가 이동 가능 하기 때문에 전류가 발생하게 됩니다.
* P : 정공 (hole) : (+)
* N : 자유전하 (election) : (-)
* PN 접합 : 정공과 자유전하를 접합 시키면 diffusion이 일어나게 된다.
* diffusion : 고밀도에서 저밀도로 정공과 전하가 이동하는 것을 의미
* E-field (Electric field) : 전하를 가진 물체 사이에 작용하는 힘, 전기력을 발생시키는 공간
- PN 접합에서 역 바이어스를 걸어줄 경우 공핍 정공과 전하가 더 모이게 되어 공핍 영역이 넓어집니다.
하위 임계 값 누설 전류 (Sub-threshold leakage current)
- 임계값 보다 낮은 전류이지만 생기는 leakage power
소자의 on/off 조건
- Gate 전압(Vg)이 문턱 전압(Vth) (threshold voltage)보다 높으면 on, 낮으면 off
- Vg < Vth인 경우, 즉 off인 경우에는 전류가 흐르지 않아야 합니다.
Vg < Vth 일 때 전류가 미세하게 흐르는 이유
- 작은 전기장 성분(E-field)으로 인해 미세하게 전류가 발생하기 때문입니다.
Gate 산화물 누출 (Gate oxide leakage)
- Gate oxide란 전압을 이용하기 위해 전자의 이동을 막아주는 절연층을 의미합니다.
(즉 전자의 이동을 차단하는 역할)
- Gate oxide는 실리콘 layer 전체에 높은 전기장을 발생시킵니다.
→ 이 상태에서 gate 단자가 바이어스 되면 정공과 전자들이 실리콘을 통과하면서 전류를 발생시킵니다.
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