---
title: "게이트를 그대로 두고도 트랜지스터의 문턱을 바꾸는 방법"
author: "브레이브브라우저쓰자"
published_at: "2026-10-13T09:00:00.754Z"
updated_at: "2026-09-30T06:26:33.432Z"
tags: ["반도체","반도체 이론","공학","기술 해설","칩 공장"]
canonical_url: "https://ariser.io/@writer_a9817d5a8de0/%EA%B2%8C%EC%9D%B4%ED%8A%B8%EB%A5%BC-%EA%B7%B8%EB%8C%80%EB%A1%9C-%EB%91%90%EA%B3%A0%EB%8F%84-%ED%8A%B8%EB%9E%9C%EC%A7%80%EC%8A%A4%ED%84%B0%EC%9D%98-%EB%AC%B8%ED%84%B1%EC%9D%84-%EB%B0%94%EA%BE%B8%EB%8A%94-%EB%B0%A9%EB%B2%95"
ai_assisted: false
---

# 게이트를 그대로 두고도 트랜지스터의 문턱을 바꾸는 방법

[원문](https://ariser.io/@writer_a9817d5a8de0/%EA%B2%8C%EC%9D%B4%ED%8A%B8%EB%A5%BC-%EA%B7%B8%EB%8C%80%EB%A1%9C-%EB%91%90%EA%B3%A0%EB%8F%84-%ED%8A%B8%EB%9E%9C%EC%A7%80%EC%8A%A4%ED%84%B0%EC%9D%98-%EB%AC%B8%ED%84%B1%EC%9D%84-%EB%B0%94%EA%BE%B8%EB%8A%94-%EB%B0%A9%EB%B2%95)

## 같은 신호에 다르게 반응하는 문

자동문의 센서 감도를 바꾸면 같은 사람이 같은 거리에 있어도 문이 반응하는 시점이 달라진다. 트랜지스터도 게이트에 걸린 신호만으로 동작이 정해지지는 않는다. 게이트·소스·드레인 외에 몸체인 바디가 있고, 이 네 번째 단자의 전압이 문턱전압을 바꿀 수 있다.

여기서는 p형 몸체 안에 n형 소스와 드레인을 만든 벌크 NMOS를 생각하자. 게이트는 산화막을 사이에 두고 전자를 끌어 모아 표면에 채널을 만든다. 그런데 몸체 쪽 전위가 바뀌면 표면 아래의 공핍 전하도 달라진다. 같은 게이트-소스 전압에서 채널을 만드는 조건이 변하는 것이다.

몸체를 소스보다 더 낮은 전위로 내리면 소스-몸체 접합의 역바이어스가 커진다. 균일 도핑 모델에서는 공핍층이 더 넓어지고, 반전을 만들기 위해 게이트가 감당해야 할 공핍 전하의 크기도 커진다. 그래서 NMOS의 문턱전압이 올라간다. [MIT의 바디 효과 설명](https://www.ocw.mit.edu/courses/6-012-microelectronic-devices-and-circuits-fall-2005/0498bbf0f0e585507d9cfe5dc3bd54b1_lec10.pdf#page=14)

## 부호를 정해야 식의 뜻이 보인다

소스 전압에서 몸체 전압을 뺀 값을 VSB라고 정의하자. 장채널·균일 도핑·공핍 근사의 벌크 NMOS에서는 문턱전압을 다음처럼 표현한다.

`VTH = VTH0 + γ[√(2φF + VSB) − √(2φF)]`

VTH0는 소스와 몸체의 전압이 같을 때의 문턱전압이다. φF는 p형 몸체의 페르미 퍼텐셜의 양의 크기이며, γ는 도핑과 게이트 절연막 정전용량에 관련된 바디 효과 계수다. γ의 단위는 √V이므로 대괄호와 곱한 결과는 전압이 된다.

이 정의에서 VSB가 양수이면 역바이어스이고 문턱전압은 올라간다. 제곱근 때문에 VSB를 같은 양만큼 더 올릴 때 문턱전압의 증가량은 점점 작아진다. 문턱전압을 정의하는 기준은 게이트-몸체 전압이 아니라 게이트-소스 전압이라는 점도 중요하다.

이 식은 특정한 도핑 모델의 결과다. 깊이에 따라 도핑이 크게 달라지는 소자나 다른 구조의 트랜지스터까지 같은 γ로 설명할 수는 없다. [Chenming Hu 교재의 바디 효과와 도핑 분포](https://www.chu.berkeley.edu/wp-content/uploads/2020/01/Chenming-Hu_ch6-1.pdf#page=13)

## 문턱을 높이면 새는 전류도 줄일 수 있다

문턱 아래에서 흐르는 채널 전류는, 다른 조건을 고정한 근사에서 다음처럼 문턱전압에 민감하다.

`Isub ∝ exp[(VGS − VTH)/(nUT)]`

VGS는 게이트-소스 전압, n은 문턱 아래 기울기 계수, UT는 볼츠만 상수와 절대온도의 곱을 기본 전하량으로 나눈 열전압이다. 같은 VGS와 온도, n, 전류의 앞 계수를 가정하면 VTH를 높일수록 채널의 문턱 아래 전류가 지수적으로 줄어든다. 실제 바디 바이어스는 다른 계수도 바꿀 수 있으므로 이 식만으로 전체 누설 감소 배율을 확정하지는 않는다. [Hu 교재의 문턱 아래 전류 설명](https://www.chu.berkeley.edu/wp-content/uploads/2020/01/Chenming-Hu_ch7.pdf#page=5)

대가는 켜졌을 때에도 나타난다. 같은 게이트 전압에서 문턱이 높아지면 채널 전류가 줄어 회로가 느려질 수 있다. 반대로 몸체 전위를 올려 문턱을 낮추는 순방향 바디 바이어스는 구동을 돕지만, 문턱 아래 누설을 키울 수 있다. 속도와 대기 전력을 상황에 따라 교환하는 조절 수단이다.

## 몸체에는 게이트와 다른 전류 경로가 있다

게이트와 몸체를 똑같은 조절 손잡이로 생각하면 놓치는 것이 있다. 벌크 NMOS의 소스와 몸체 사이에는 pn 접합이 있다. 몸체를 소스보다 지나치게 높이면 이 접합이 순방향으로 도통해 원치 않는 전류가 흐른다. 앞의 제곱근 식에 음의 VSB를 계속 대입할 수 있다는 사실이, 임의의 순방향 전압을 허용한다는 뜻은 아니다.

반대 방향도 무한히 유리하지 않다. 역바이어스를 키우면 접합의 전기장이 강해져 밴드 간 터널링 누설 등이 증가할 수 있다. 채널의 문턱 아래 누설이 줄어도 전체 누설 전력이 계속 줄지는 않을 수 있다. 실제로 Intel 등의 연구는 이 경쟁 때문에 최적 역바이어스가 나타나는 사례를 분석했다. [Keshavarzi 등의 역바이어스 연구](https://cecs.uci.edu/~papers/compendium94-03/papers/1999/islped99/pdffiles/p3_2scan.pdf)

또한 매립 절연막을 쓰는 FD-SOI의 백바이어스는 벌크 몸체 접합과 제어 구조가 다르다. ST도 이를 별도의 소자 구조에서 속도와 누설을 조절하는 방법으로 설명한다. 허용 전압과 효과는 해당 구조와 공정 규칙으로 확인해야 한다. 몸체 전압은 공짜로 성능을 올리는 버튼이 아니라, 전하 분포와 전류 경로를 함께 바꾸는 설계 변수다. [ST의 FD-SOI 바디 바이어스 설명](https://www.st.com/resource/en/technology_presentation/BRFDSOI0616.pdf#page=4)