Perché la sorgente MOSFET è indicata con una freccia?

Lo so, un MOSFET di base contiene source e drain, o è un NMOS o PMOS; è indicato da una freccia alla fonte. Ma diamo un'occhiata a un NMOS fabbricato.

Qui possiamo facilmente vedere che un pin è sorgente o drain dipende totalmente dalla connessione. Senza connessioni, questo dispositivo è simmetrico. Ma guarda i simboli MOSFET convenzionali. tutti questi simboli che segnano un perno come fonte e l'altro come scarico. Perché ? Perché questi simboli non sono simmetrici come lo è il dispositivo?

Quando lavoro su Cadence, tutti i simboli degli schemi hanno questo tipo di simboli in cui le fonti sono contrassegnate. Ma quando saranno usate per la fabbricazione, la sorgente e lo scarico saranno determinati dalla connessione, non dal simbolo.

I MOSFET IC non sono gli stessi delle loro controparti discrete

Hai ragione nel dire che i MOSFET a quattro terminali lateralmente diffusi (come quelli che compongono i CI CMOS) sono dispositivi simmetrici: il substrato o il pozzo è collegato separatamente al più basso o più alto (a seconda del tipo di FET che hai) potenziale in il circuito, mentre la sorgente può essere sollevata sopra / abbassata sotto il substrato / potenziale del pozzo.

Tuttavia , il 99% dei MOSFET discreti realizzati nel corso della storia e il 100% dei MOSFET discreti nella produzione attuale utilizzano una struttura diversa : invece di avere la sorgente e il drenaggio affiancati, il drenaggio è sul fondo e la sorgente è sopra, con il cancello tagliato nel FET. Questo è chiamato MOSFET verticale , ed è rappresentato di seguito nella sua forma moderna (cioè una struttura MOS di trincea - i primi MOSFET verticali utilizzavano una scanalatura a V per il cancello anziché la trincea). Queste strutture sono intrinsecamente asimmetriche e si prestano anche a collegarsi al substrato alla sorgente, formando così il diodo corporeo che è una parte sorprendentemente utile di un dispositivo MOS di potenza.

La freccia non indica la direzione del flusso corrente, indica la giunzione PN tra il corpo e il canale.

Se si utilizza il simbolo a 4 terminali, in realtà è spesso simmetrico:

Nella progettazione di circuiti integrati, i kit di progettazione dovrebbero darti la possibilità di usare questi simboli o qualcosa del genere, perché il corpo sarà generalmente legato al potenziale più basso o più alto dell'intero circuito integrato (forse con ancora più flessibilità per i dispositivi PMOS in un n- ben process), non necessariamente allo stesso terminale della sorgente.

Nel design discreto, generalmente sei limitato a collegare il corpo allo stesso terminale della sorgente.

Qualsiasi giunzione PN è un diodo (tra gli altri modi per creare diodi). Un MOSFET ne ha due, proprio qui:

Quel grosso pezzo di silicio drogato con P è il corpo o il substrato. Considerando questi diodi, si può vedere che è abbastanza importante che il corpo abbia sempre una tensione inferiore rispetto alla sorgente o al drain. Altrimenti, si inclinano in avanti i diodi, e probabilmente non è quello che volevi.

Ma aspetta, peggiora! Un BJT è un sandwich a tre strati di materiali NPN, giusto? Un MOSFET contiene anche un BJT:

Se la corrente di drain è alta, anche la tensione attraverso il canale tra la sorgente e il drain può essere elevata, perché RDS (on) RDS (on) è diverso da zero. Se è abbastanza alto da polarizzare in avanti il ​​diodo body-source, non hai più un MOSFET: hai un BJT. Anche questo non è quello che volevi.

Nei dispositivi CMOS, peggiora ancora. In CMOS, hai strutture PNPN, che formano un tiristore parassitario. Questo è ciò che causa il latchup.

Soluzione: corto il corpo alla fonte. Questo cortocircuita l'emettitore di base del parassita BJT, tenendolo saldamente. Idealmente, non lo faresti attraverso derivazioni esterne, perché il "corto" avrebbe anche un'elevata induttanza e resistenza parassitaria, rendendo il "trattenimento" del BJT parassitario non così forte. Invece, li corto al dado.

Questo è il motivo per cui i MOSFET non sono simmetrici. È possibile che alcuni disegni siano simmetrici, ma per creare un MOSFET che si comporti in modo affidabile come un MOSFET, è necessario abbreviare una di quelle N regioni del corpo. Per qualunque cosa tu faccia, ora è la fonte e il diodo che non hai messo in corto è il "diodo corporeo".

Questo non è qualcosa di specifico per i transistor discreti, davvero. Se si dispone di un MOSFET a 4 terminali, è necessario assicurarsi che il corpo sia sempre alla tensione più bassa (o massima, per i dispositivi del canale P). Nei circuiti integrati, il corpo è il substrato per l'intero circuito integrato ed è solitamente collegato a terra. Se il corpo ha una tensione inferiore rispetto alla sorgente, è necessario considerare l'effetto del corpo. Se dai un'occhiata a un circuito CMOS in cui è presente una sorgente non collegata a terra (come la porta NAND in basso), non importa, perché se B è alto, allora il transistor più basso è acceso e quello sopra di esso ha effettivamente la sua sorgente collegata a terra. Oppure, B è basso e l'uscita è alta e non c'è corrente nei due transistor inferiori.

Raccolta da: MOSFET: perché drain e source sono diversi?

FYI: Sono troppo contento di questa risposta dettagliata che pensavo dovesse essere qui. Grazie a Phil Frost

Sorgente e drain non sono sempre uguali, questo vale in particolare per i dispositivi discreti, ma esistono anche numerosi transistor integrati con una struttura diversa per source e drain.

I transistor integrati sono spesso simmetrici, drain e source possono essere usati in modo intercambiabile. La freccia sul terminale "sorgente" viene utilizzata per indicare il tipo di transistor (NMOS o PMOS) e viene utilizzata per mapparla correttamente su modelli di transistor sottostanti che a volte fanno riferimento alla sorgente. Naturalmente i terminali possono essere usati con drain e source scambiati e il modello a transistor è invertito.

Infine, ci sono alcuni kit di progettazione in cui non esiste una freccia di origine per spiegare il fatto che i transistor sono simmetrici.