Dlaczego źródło MOSFET jest oznaczone strzałką?

Wiem, że podstawowy MOSFET zawiera źródło i dren i jest to NMOS lub PMOS; wskazuje na to strzałka u źródła. Ale spójrzmy na sfabrykowany NMOS.

Tutaj możemy łatwo zobaczyć, że albo pin jest źródłem, albo drenaż jest całkowicie zależny od połączenia. Bez połączeń to urządzenie jest symetryczne. Ale spójrz na konwencjonalne symbole MOSFET. wszystkie te symbole oznaczające pin jako źródło, a drugi jako drenaż. Dlaczego ? Dlaczego te symbole nie są symetryczne jak urządzenie?

Kiedy pracuję nad Cadence, wszystkie symbole schematów mają tego rodzaju symbole, w których zaznaczone są źródła. Ale kiedy będzie on używany do produkcji, źródło i drenaż zostaną określone przez połączenie, a nie przez symbol.

MOSFETY IC nie są takie same jak ich dyskretne odpowiedniki

Masz rację, ponieważ czterozaciskowe rozproszone w bok MOSFETY (takie jak te, które tworzą układy CMOS CMOS) są urządzeniami symetrycznymi - podłoże lub studzienka są podłączone osobno do najniższego lub najwyższego (w zależności od rodzaju FET masz) potencjału w obwód, podczas gdy źródło można podnieść powyżej / obniżyć poniżej potencjału podłoża / studni.

Jednak 99% dyskretnych tranzystorów MOSFET wykonanych w całej historii i 100% dyskretnych tranzystorów MOSFET w bieżącej produkcji ma inną strukturę - zamiast źródła i odpływu obok siebie odpływ znajduje się na dole, a źródłem jest u góry, z bramą wyciętą w FET. Nazywa się to pionowym MOSFET-em i jest zilustrowane poniżej w nowoczesnej formie (tj. Struktura MOS wykopu - wczesne pionowe MOSFET-y wykorzystywały V-fugę dla bramy zamiast rowu). Struktury te są z natury asymetryczne, a także nadają się do łączenia się z podłożem do źródła, tworząc w ten sposób diodę ciała, która jest zaskakująco użyteczną częścią urządzenia MOS mocy.

Strzałka nie wskazuje kierunku przepływu prądu, wskazuje połączenie PN między ciałem a kanałem.

Jeśli używasz 4-terminalnego symbolu, w rzeczywistości często jest on symetryczny:

W projektowaniu układów scalonych zestawy projektowe powinny dać ci możliwość korzystania z tych symboli lub czegoś podobnego, ponieważ korpus będzie ogólnie związany z najniższym lub najwyższym potencjałem na całym układzie scalonym (być może z jeszcze większą elastycznością dla urządzeń PMOS w n- dobrze proces), niekoniecznie do tego samego terminala co źródło.

W dyskretnej konstrukcji ogólnie rzecz biorąc, jesteś ograniczony do podłączenia korpusu do tego samego terminala co źródło.

Każde złącze PN jest diodą (między innymi sposobami tworzenia diod). MOSFET ma dwa z nich, właśnie tutaj:

Ten duży fragment krzemu domieszkowanego P to ciało lub podłoże. Biorąc pod uwagę te diody, widać, że bardzo ważne jest, aby ciało było zawsze pod niższym napięciem niż źródło lub drenaż. W przeciwnym razie przesuwasz diody do przodu i prawdopodobnie nie tego chciałeś.

Ale czekaj, robi się coraz gorzej! BJT to trójwarstwowa kanapka z materiałów NPN, prawda? MOSFET zawiera również BJT:

Jeśli prąd drenu jest wysoki, wówczas napięcie w kanale między źródłem a drenem może być również wysokie, ponieważ RDS (on) RDS (on) jest niezerowy. Jeśli jest wystarczająco wysoki, aby przesunąć diodę ciało-źródło, nie masz już MOSFET: masz BJT. Tego też nie chciałeś.

W urządzeniach CMOS robi się jeszcze gorzej. W CMOS masz struktury PNPN, które tworzą pasożytniczy tyrystor. To właśnie powoduje zatrzaśnięcie.

Rozwiązanie: zewrzyj ciało do źródła. Spowoduje to zwarcie emitera bazy pasożytniczego BJT, mocno go przytrzymując. Idealnie nie robisz tego przez zewnętrzne przewody, ponieważ wtedy „krótki” miałby również wysoką indukcyjność pasożytniczą i oporność, przez co „powstrzymywanie” pasożytniczego BJT nie było tak silne. Zamiast tego zwierasz je tuż przy kości.

Właśnie dlatego tranzystory MOSFET nie są symetryczne. Być może niektóre projekty są w przeciwnym razie symetryczne, ale aby stworzyć MOSFET, który zachowuje się niezawodnie jak MOSFET, musisz zewrzeć jeden z tych N obszarów do ciała. Niezależnie od tego, co to zrobisz, jest to teraz źródło, a dioda, której nie zwarłeś, jest „diodą ciała”.

To naprawdę nie jest coś specyficznego dla tranzystorów dyskretnych. Jeśli masz 4-terminalowy MOSFET, musisz upewnić się, że ciało ma zawsze najniższe napięcie (lub najwyższe, w przypadku urządzeń z kanałem P). W układach scalonych ciało jest podłożem dla całego układu scalonego i zwykle jest połączone z ziemią. Jeśli ciało ma niższe napięcie niż źródło, musisz rozważyć efekt ciała. Jeśli spojrzysz na obwód CMOS, w którym źródło nie jest podłączone do uziemienia (jak brama NAND poniżej), to nie ma tak naprawdę znaczenia, ponieważ jeśli B jest wysoki, to tranzystor znajdujący się najniżej jest włączony, a ten powyżej faktycznie ma źródło podłączone do ziemi. Lub, B jest niski, a moc wyjściowa wysoka, i nie ma prądu w dwóch dolnych tranzystorach.

Pobrano z: MOSFET: Dlaczego dren i źródło są różne?

FYI: Jestem zbyt zadowolony z tej szczegółowej odpowiedzi, że myślałem, że powinna tu być. Dzięki Phil Frost

Źródło i drenaż nie zawsze są równe, dotyczy to w szczególności dyskretnych urządzeń, ale istnieje również szereg zintegrowanych tranzystorów o innej strukturze dla źródła i drenażu.

Zintegrowane tranzystory są bardzo często symetryczne, dren i źródło można stosować zamiennie. Strzałka na terminalu „źródłowym” służy do wskazania rodzaju tranzystora (NMOS lub PMOS) i służy do prawidłowego odwzorowania go na leżące u jego podstaw modele tranzystorów, do których czasami odwołuje się źródło. Oczywiście terminale mogą być używane przy wymianie drenu i źródła, a model tranzystora jest odwrócony.

Wreszcie, istnieje kilka zestawów projektowych, w których nie ma strzałki źródła, aby uwzględnić fakt, że tranzystory są symetryczne.