Mengapa MOSFET empat terminal yang terpisah begitu sulit ditemukan?

Saya tahu bahwa MOSFET adalah perangkat empat terminal, tetapi hampir setiap MOSFET diskrit yang dapat Anda beli memiliki bulk / body / substrat yang terhubung secara internal ke sumbernya. Kenapa ini? Itu membuatnya tidak nyaman untuk digunakan dalam tipe sirkuit tertentu, misalnya ketika memasang desain IC dasar (untuk tujuan instruksional) di mana semua terminal bodi terhubung baik ke VCC atau ke ground. Apakah MOSFET 4-terminal yang terpisah tidak berguna? Atau adakah cara mudah untuk mensimulasikannya dengan beberapa 3-terminal MOSFET?

Meskipun FET pada chip monolitik simetris, banyak FET diskrit memiliki struktur yang sangat berbeda yang mencoba memaksimalkan area permukaan yang dapat digunakan serta konektivitas sumber / saluran. Sambungan substrat massal pada transistor atau chip memiliki kemampuan penanganan arus yang sangat baik, dan jika seseorang mendesain chip NMOS LSI di mana setiap transistor perlu memiliki sumber atau tiriskan yang terikat pada titik yang sama, kinerja mungkin akan dioptimalkan dengan memiliki substrat berfungsi sebagai sumber atau tiriskan untuk semua transistor. Kebanyakan chip, bagaimanapun, menggunakan koneksi massal sebagai basis umum, membuang kemampuan penanganannya saat ini, tetapi memungkinkan sumber dan menguras koneksi masing-masing transistor menjadi independen.

MOSFET "diskrit" yang khas sebenarnya bukan satu transistor, tetapi puluhan atau ratusan transistor secara paralel. Karena semua transistor seharusnya memiliki saluran air yang diikat, menggunakan media sebagai saluran tidak akan menyebabkan masalah desain yang sama seperti pada chip LSI. Karena substrat dapat dihubungkan dengan sangat baik ke terminal luar, desain seperti itu akan meningkatkan konduktivitas saluran air, dan juga menghilangkan kebutuhan untuk menggunakan logam sisi atas untuk sambungan saluran, sehingga memungkinkan penggunaan lebih banyak logam untuk menghubungkan sumber. . Sayangnya, jika transistor diatur sehingga semua sumber mereka membentuk "mesh" (baik untuk konektivitas), yang akan meninggalkan pangkalan mereka sebagai pulau yang terisolasi. Meskipun dimungkinkan untuk menjalankan trek logam untuk menghubungkan semua pangkalan bersama, melakukan hal itu akan membutuhkan pengelompokan logam yang dihubungkan dengan sumber menjadi banyak strip (menurunkan kinerja) atau menambahkan lapisan logam tambahan dan lapisan isolasi tambahan (secara signifikan meningkatkan biaya). Karena setiap bagian dasar memiliki lapisan logam untuk koneksi sumber yang berada tepat di atasnya, jauh lebih mudah untuk memiliki basis dan sumber terhubung ke sana.

Itu karena jika Anda mengoperasikan MOSFET seperti yang biasanya dilakukan (body diode bias terbalik) tidak ada perbedaan jika Massal terhubung ke Sumber atau ke tegangan yang bahkan lebih negatif (N-channel) secara positif lebih positif ( P-channel) daripada Source.

Jika Anda ingin membangun gerbang logika Anda sendiri, gerbang transmisi, dll. Dengan MOSFET saluran N dan P tunggal, CMOS-IC 4007 mungkin adalah yang Anda cari, walaupun tidak semua dari 6 MOSFET yang disertakan dapat dihubungkan sepenuhnya secara acak (satu pasangan saluran P- / N dikonfigurasi sebagai inverter, satu pasang sebagian terhubung ke V + dan GND; hanya satu pasang yang sepenuhnya bebas).

Berikut ini contohnya .

"Apakah MOSFET 4 terminal yang diskrit tidak berguna?"

Beberapa kegunaan potensial termasuk terjemahan level logika dan perlindungan IC. Pin keempat mengubah efek dioda tubuh intrinsik dari yang diode pendek keluaran ke input (atau sebaliknya) membuat sirkuit asimetris, menjadi dioda yang bias untuk sinyal tegangan positif. Jika Anda melihat lembar data untuk Phillips GTL2000, Anda menemukan terminal keempat di dalam IC secara simbolis terikat ke ground seperti dalam konstruksi fisik. Jika Anda ingin menduplikasi itu dengan perangkat diskrit, Anda perlu terminal keempat untuk terpisah. Ini memungkinkan Anda untuk melakukan jenis terjemahan dan perlindungan yang sama tanpa tegangan maksimum absolut yang sangat ketat serta mengubah parameter lain seperti arus maksimum, RDS aktif, dll. Dari perangkat itu. GTL2000 memiliki 23 FET (22 untuk data, satu untuk trik biasing yang pintar) terhubung dengan sumber dan saluran masing-masing dibawa ke pin yang terpisah, koneksi tubuh semua dibawa pada pin yang sama (tanah), dan semua koneksi gerbang diikat bersama dan dibawa ke satu pin yang akan diikatkan ke tegangan yang menghasilkan tegangan penjepit yang diinginkan. IC lain yang digunakan serupa memiliki spesifikasi terbatas yang sama kecuali satu dari pepatah yang memungkinkan tegangan lebih tinggi tetapi memiliki dua rangkaian secara seri (dengan RDSon lebih tinggi untuk tegangan positif dan negatif) dan memerlukan tegangan bias negatif atau batas penjepitan yang lebih rendah akan menghalangi tingkat logika 0. Sebagai hasilnya, jika Anda menginginkan penjepit tingkat logika dua arah dan pelindung input yang akan melindungi perangkat dari koneksi yang tidak disengaja menjadi 13.8V, Anda harus menggulirkannya sendiri. Seseorang telah menyebutkan aplikasi saklar analog MOSFET, yang dapat diperluas untuk mencakup berbagai aplikasi diskrit. Dan dalam beberapa kasus pin sumber dan tab tubuh yang terpisah mungkin memungkinkan panas tenggelam transistor sisi tinggi dan mengambang ke bidang tanah PCB tanpa insulator dan perangkat pemasangan permukaan dapat disolder ke bidang tanah. Tetapi ini mungkin tidak memberikan manfaat yang diinginkan karena resistensi internal yang lebih tinggi.

Mengingat sebagian besar insinyur mungkin tidak pernah memegang perangkat terminal 4 di tangan mereka, ada banyak aplikasi pintar yang mungkin tidak dibatasi oleh pasokan.

Sangat mungkin bahwa pabrikan tidak ingin menggunakan paket yang lebih mahal (4 pin vs 3) untuk mode operasional yang menurunkan kinerja (efek gerbang belakang) yang sangat sedikit orang akan gunakan.

Saya bahkan mempertanyakan validitas mengkhawatirkan perincian ini ketika transistor rahasia sejauh ini dihilangkan dalam kinerja dari pada transistor chip untuk membuat perbandingan kinerja diperdebatkan. Sebut saja satu hal lagi untuk ditambahkan ke daftar perbedaan dan menggunakannya sebagai pengalaman belajar.

tidak ada perbedaan jika Massal terhubung ke Sumber atau ke tegangan ... "sama sekali tidak benar. Ada efek backgate belakang di mana massal memodulasi saluran dari belakang. Ini adalah alasan mengapa NMOS dalam suatu P-Substrat yang digunakan dalam pengikut emitor selalu memberi Anda keuntungan 0,8 daripada 1,0 - placeholder 4 Nov '14 jam 15:33

@ placeholder: Ok, katakanlah di sebagian besar aplikasi tidak ada perbedaan ... (seperti yang saya katakan "normal"). - Curd 4 Nov '14 jam 15:42

@placeholder: Saya kira maksud Anda pengikut sumber (bukan pengikut emitor) - Curd 4 Nov 14 pada 15:45

Yap, sumber bukan emitor ... Dan dalam semua kasus itu memanifestasikan dirinya dan terlihat. Jadi normal adalah ketika efek tubuh hadir. Hanya transistor FD-SOI yang tidak memiliki efek ini (tetapi mereka memiliki masalah lain) - placeholder 4 Nov '14 jam 15:49

... tetapi tidak dalam semua kasus itu penting sama sekali; seperti pada contoh yang saya tautkan dan untuk keperluan itu saya bisa berasumsi OP akan menggunakannya. - Curd 4 Nov '14 jam 15:57

Kalian melewatkannya. Tentu ada perbedaan kinerja karena efek tubuh. Tetapi secara fungsional, substrat harus menjadi tegangan paling negatif di sirkuit untuk NMOS dan tegangan paling positif di sirkuit untuk PMOS. Jika tidak, persimpangan PN antara sumber ke media atau mengalirkan ke tegangan media dapat menjadi persimpangan PN maju dan Anda tidak akan lagi memiliki FET yang berfungsi.

Dan jika Anda mengikat tubuh ke sumber, dan Anda ingin menggunakan NFET katakan untuk saklar pengambilan sampel, baik bagaimana jika tegangan drain lebih rendah dari tegangan sumber? OOPS? Ketika tubuh terhubung ke sumber, Anda tidak dapat membiarkan tegangan drain turun di bawah tegangan sumber. Atau sampai jumpa FET dan hello diode.