MOSFET-衬底偏压技术图文详解-KIA MOS管
衬底偏压技术
先简单回顾下MOSFET的导通过程。
当Vg从0V开始上升的时候，p衬底中的多子空穴会被赶离栅区从而留下负电荷（空穴无法移动，实际上是电子的移动，电子从衬底被抽取上来，与p型半导体中的受主杂质例如硼结合，使得共价键饱和，既没有可移动的电子，也没有可移动的空穴）；
此时栅极与衬底构成电容器的两极，因此衬底上负电荷的量和栅上正电荷的量相同； 由于p型半导体中是多子空穴导电，最终在p型衬底中形成一个多子耗尽的区域即耗尽层；
随着Vg增加，耗尽层宽度以及，氧化物和硅界面处的电势也增加； 这时结构类似两个电容串联：栅氧化层电容（Cox，这是一个固定电容，Cox = εox/dox）和耗尽层电容（Cdep，这是一个可变电容，Cdep = εdep/ddep，ddep耗尽层宽度会增加）；
当Vg进一步增加的时候，源漏之间的栅氧下就形成了载流子沟道； 形成沟道所对应的Vg成为阈值电压Vth；
Vth通常定义为界面的电子浓度等于p型衬底的多子浓度时的栅压； Vth有如下表达式：
其中Qdep是耗尽层的电荷；
以上讨论都是假设衬底和源端是接地的，如果NMOS的衬底电压Vb比源端电压Vg小的时候会发生什么情况。
假设Vs=Vd=0，Vg略小于Vth使得栅下形成耗尽层但是还没有反型层形成。 当Vb变得更负的时候，将会有更多的空穴被吸引到衬底，同时留下大量的负电荷，耗尽层变得更宽了，由Vth的表达式可知，阈值电压是耗尽层电荷总数的函数，因为在反型之前，栅上的电荷是等于耗尽层电荷的。
因此，随着Vb的下降，Qd增加，Vth也增加。 这称为反向衬底偏置或者体效应，可以表达为如下公式：
而阈值电压的增大，可以降低晶体管的漏电流，这种低功耗技术就称为反向衬底偏置技术。
上述讨论同时适用于PMOS，区别在于，对于PMOS来说，衬底加正偏压，Vsb < 0时阈值电压会增大。
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