¿Cuál es la dependencia de los voltajes en un MOSFET en su desempeño?

Capacitancia.

Dejaré que los físicos del dispositivo completen los detalles, y la pregunta no está clara si le interesa la velocidad lógica o el cambio de potencia, pero como menciona la escala, asumiré la primera.

La conmutación lógica en el mundo CMOS tiene que ver con cargar y descargar condensadores. Estos pueden ser los condensadores de compuerta de etapas sucesivas, o simplemente la capacitancia de cableado de esa señal. Para cargar un capacitor rápidamente se necesita una alta corriente: para alcanzar una alta corriente, debe hacer que la resistencia del canal del MOSFET sea baja.

Y verás en cualquier hoja de datos del MOSFET, incluidos los MOSFET de potencia, que el voltaje de umbral solo define el punto en el que el MOSFET comienza a encenderse, con una alta resistencia, en los 10 o cientos de kilohms. Para encenderlo completamente se requiere varias veces el voltaje de umbral, al menos dos veces y algunas veces 4 veces el voltaje de umbral. De ello se deduce que Vdd / Vth debe ser 4 o menos (idealmente). Y si reduce el proceso, el Vdd máximo disminuye (¡solía decir que puede obtener una gran cantidad de voltios / metro a través de una micra! Y la escala ha recorrido un largo camino desde entonces), por lo que el umbral de voltaje también debe disminuir ... o aprende a vivir con una lógica más lenta.

La respuesta se encuentra en el contexto de esta pregunta, la reducción del tamaño y la tensión de funcionamiento. Incluso para optimizar la velocidad de conmutación, es natural que desee una tensión de umbral en el medio entre la conexión a tierra y la tensión de operación, ya que solo la diferencia en cualquiera de estos rieles de alimentación es útil para cargar o descargar la capacitancia de la puerta parásita. La diferencia de voltaje y el valor de efecto de esta capacitancia determinan su velocidad de conmutación.