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前回はLSIの電源電圧（Vdd）を制御してリーク電流を低減する手法を解説した。今回は，基板バイアス電圧を変えることで間接的にしきい値電圧を制御し，リーク電流を減らす手法を紹介する。Vddを制御する方法に比べて遅延時間の増加といった悪影響が少ない。（宇野　麻由子＝本誌）

桜井　貴康
東京大学
国際・産学共同研究センター　教授

　リーク電流の中でも特に深刻なサブスレッショルド・リーク電流は，しきい値電圧（Vth）の指数関数で表せる。したがって，Vthを制御できれば，リーク電流による消費電力を効果的に抑えられる可能性がある。これを実現するのが可変しきい値電圧（variable threshold voltage CMOS：VTCMOS）方式である。基板バイアス電圧を用いて間接的にVthを制御する。

　nMOS，pMOSトランジスタのそれぞれで，ソース-基板間に印加する基板バイアス電圧を変えることにより，しきい値電圧を制御できる。以下ではnMOS，pMOSトランジスタの基板バイアス電圧をそれぞれVbs-n，Vbs-pで表し，しきい値電圧をそれぞれVth-n，Vth-pで表す。現在の典型的なCMOSプロセスでは，nMOSトランジスタはp基板の上に，pMOSトランジスタはnウエルの上に作る。LSI中でpMOSトランジスタのウエルは，複数に分離して配置できるので，それぞれに対してソース-基板間の電圧を変えられる。つまり，LSI中で複数の異なる基板バイアス電圧を設定できる。