基板バイアス効果
この式の第三項から、基板バイアス電圧 | V B S | {\displaystyle |V_{\rm {BS}}|} が大きくなるにつれて閾値電圧が大きくなることがわかる。
負の基板バイアスを加えるということは、チャネル表面に反転してできたN型チャネルとP型基板との間のPN接合に逆バイアスをかけている状態に対応する。
この状態ではバイアスを加えていないときと比べて表面のバンドの曲がりが大きくなるため、基板側に空乏層が伸び、空乏層電荷の量が増大する。
この増えた空乏層電荷を電界によって終端するためにはより大きなゲート電圧を必要とするため、閾値電圧が増大する。
なお、NMOSにおいては V B S {\displaystyle V_{\rm {BS}}} は通常負の値である。正の値ではソースから基板へ電子が注入され、バイポーラ動作をしてしまうからである。
同様にPMOSにおいては通常 V B S {\displaystyle V_{\rm {BS}}} は正の値である。
Siを用いた理想的なNチャネルMOSFETにおいては、閾値電圧 V t h {\displaystyle V_{\rm {th}}} は基板バイアス電圧 V B S ( < 0 ) {\displaystyle V_{\rm {BS}}(<0)} の関数として以下の式で表される。
V t h ( V B S ) = V F B + 2 φ F + 1 C O X 2 ε S i q N A ( 2 φ F + | V B S | ) {\displaystyle V_{\rm {th}}(V_{\rm {BS}})=V_{\rm {FB}}+2\phi _{\rm {F}}+{\dfrac {1}{C_{\rm {OX}}}}{\sqrt {2\varepsilon _{\rm {Si}}qN_{A}(2\phi _{\rm {F}}+|V_{\rm {BS}}|)}}}
ただし、 V F B {\displaystyle V_{\rm {FB}}} はフラットバンド電圧、 2 φ F {\displaystyle 2\phi _{\rm {F}}} は反転状態が実現した時の表面ポテンシャル、 C O X {\displaystyle C_{\rm {OX}}} はゲート酸化膜容量、 ε S i {\displaystyle \varepsilon _{\rm {Si}}} はSiの誘電率、 q {\displaystyle q} は素電荷、 N A {\displaystyle N_{A}} はアクセプター密度である。