Mengapa sumber MOSFET ditandai dengan panah?

Saya tahu itu, MOSFET dasar berisi sumber dan tiriskan, dan entah itu NMOS atau PMOS; itu ditunjukkan oleh panah di sumber. Tapi mari kita lihat NMOS buatan.

Di sini kita dapat dengan mudah melihat bahwa pin adalah sumber atau tiriskan sepenuhnya tergantung pada koneksi. Tanpa koneksi, perangkat ini simetris. Tetapi lihat simbol MOSFET konvensional. semua simbol ini menandai pin sebagai sumber dan lainnya sebagai tiriskan. Mengapa demikian ? Mengapa simbol ini tidak simetris seperti perangkat ini?

Ketika saya mengerjakan Cadence, semua simbol skematik memiliki jenis simbol ini di mana sumber ditandai. Tetapi ketika itu akan digunakan untuk pembuatan, sumber dan saluran akan ditentukan oleh koneksi, bukan oleh simbol.

IC MOSFET tidak sama dengan mitranya yang terpisah

Anda benar karena MOSFET empat terminal yang tersebar secara lateral (seperti yang membentuk IC CMOS) adalah perangkat simetris - substrat atau sumur terhubung secara terpisah ke level terendah atau tertinggi (tergantung pada FET yang Anda miliki). sirkuit, sedangkan sumbernya dapat dinaikkan di atas / diturunkan di bawah substrat / potensial sumur.

Namun , 99% dari MOSFET diskrit dibuat sepanjang sejarah dan 100% dari MOSFET diskrit dalam produksi saat ini menggunakan struktur yang berbeda - alih-alih memiliki sumber dan tiriskan berdampingan, salurannya ada di bagian bawah dan sumbernya adalah di atas, dengan gerbang dipotong menjadi FET. Ini disebut MOSFET vertikal , dan digambarkan di bawah ini dalam bentuknya yang modern (yaitu struktur parit MOS - MOSFET vertikal awal menggunakan alur-V untuk gerbang daripada parit). Struktur-struktur ini secara inheren asimetris, dan juga memungkinkan untuk menghubungkan ke substrat ke sumber, sehingga membentuk dioda tubuh yang merupakan bagian yang sangat berguna dari perangkat MOS daya.

Panah tidak menunjukkan arah aliran saat ini, ini menunjukkan persimpangan PN antara tubuh dan saluran.

Jika Anda menggunakan simbol 4-terminal, sebenarnya sering simetris:

Dalam desain IC, desain kit harus memberi Anda pilihan untuk menggunakan simbol-simbol ini atau semacamnya, karena tubuh umumnya akan terikat pada potensi terendah atau tertinggi pada seluruh IC (mungkin dengan fleksibilitas yang lebih besar untuk perangkat PMOS dalam suatu baik proses), tidak harus ke terminal yang sama dengan sumbernya.

Dalam desain diskrit, umumnya Anda terbatas menghubungkan bodi ke terminal yang sama dengan sumbernya.

Setiap persimpangan PN adalah dioda (di antara cara-cara lain untuk membuat dioda). MOSFET memiliki dua di antaranya, di sini:

Potongan besar silikon P-doped adalah tubuh atau substrat. Mempertimbangkan dioda ini, orang dapat melihatnya sangat penting bahwa tubuh selalu pada tegangan yang lebih rendah daripada sumber atau saluran pembuangan. Kalau tidak, Anda meneruskan bias dioda, dan itu mungkin bukan yang Anda inginkan.

Tapi tunggu, ini semakin buruk! BJT adalah sandwich tiga lapis bahan NPN, kan? MOSFET juga mengandung BJT:

Jika arus drain tinggi, maka tegangan melintasi saluran antara sumber dan drain juga bisa tinggi, karena RDS (on) RDS (on) tidak nol. Jika cukup tinggi untuk memajukan bias dioda sumber tubuh, Anda tidak memiliki MOSFET lagi: Anda memiliki BJT. Itu juga bukan yang Anda inginkan.

Pada perangkat CMOS, itu menjadi lebih buruk. Dalam CMOS, Anda memiliki struktur PNPN, yang membuat thyristor parasit. Inilah yang menyebabkan latchup.

Solusi: singkatkan tubuh ke sumbernya. Ini memendekkan basis-emitor dari BJT parasit, memegangnya dengan kuat. Idealnya Anda tidak melakukan ini melalui sadapan eksternal, karena "pendek" juga akan memiliki induktansi dan resistensi parasit yang tinggi, membuat "menahan" parasit BJT tidak begitu kuat. Sebaliknya, Anda pendek mereka tepat di mati.

Inilah sebabnya mengapa MOSFET tidak simetris. Mungkin beberapa desain sebaliknya simetris, tetapi untuk membuat MOSFET yang berperilaku andal seperti MOSFET, Anda harus menyingkat salah satu dari daerah N ke tubuh. Untuk yang mana pun Anda melakukan itu, sekarang sumbernya, dan dioda yang tidak Anda hilangkan adalah "dioda tubuh".

Ini bukan sesuatu yang spesifik untuk transistor diskrit, sungguh. Jika Anda memiliki MOSFET 4-terminal, maka Anda perlu memastikan bahwa bodi selalu berada pada tegangan terendah (atau tertinggi, untuk perangkat saluran-P). Dalam IC, tubuh adalah substrat untuk seluruh IC, dan biasanya terhubung ke ground. Jika tubuh berada pada tegangan lebih rendah dari sumbernya, maka Anda harus mempertimbangkan efek tubuh. Jika Anda melihat pada rangkaian CMOS di mana ada sumber yang tidak terhubung ke ground (seperti gerbang NAND di bawah), itu tidak masalah, karena jika B tinggi, maka transistor yang paling rendah aktif, dan yang satu di atasnya sebenarnya sumbernya terhubung dengan ground. Atau, B rendah, dan output tinggi, dan tidak ada arus di dua transistor yang lebih rendah.

Dikumpulkan dari: MOSFET: Mengapa saluran air dan sumbernya berbeda?

FYI: Saya terlalu senang dengan jawaban detail ini sehingga saya pikir ini seharusnya ada di sini. Terima kasih untuk Phil Frost

Sumber dan drain tidak selalu sama, ini berlaku khususnya untuk perangkat diskrit, tetapi ada juga sejumlah transistor terintegrasi dengan struktur berbeda untuk sumber dan drain.

Transistor terintegrasi sangat sering simetris, tiriskan dan sumber dapat digunakan secara bergantian. Panah di terminal "sumber" digunakan untuk menunjukkan jenis transistor (NMOS atau PMOS) dan digunakan untuk memetakannya dengan benar ke model transistor yang mendasarinya yang kadang-kadang direferensikan oleh sumber. Tentu saja terminal dapat digunakan dengan tiriskan dan sumber ditukar dan model transistor dibalik.

Akhirnya, ada beberapa kit desain di mana tidak ada panah sumber untuk menjelaskan fakta bahwa transistor simetris.