Warum ist die MOSFET-Quelle mit einem Pfeil gekennzeichnet?

Ich weiß, dass ein Basis-MOSFET Source und Drain enthält, und entweder ist es ein NMOS oder ein PMOS; es wird durch einen Pfeil an der Quelle angezeigt. Aber schauen wir uns ein hergestelltes NMOS an.

Hier können wir leicht erkennen, dass entweder ein Pin Source oder Drain ist, was vollständig von der Verbindung abhängt. Ohne Verbindungen ist dieses Gerät symmetrisch. Schauen Sie sich aber die herkömmlichen MOSFET-Symbole an. Alle diese Symbole kennzeichnen einen Pin als Source und einen anderen als Drain. Warum das ? Warum sind diese Symbole nicht so symmetrisch wie das Gerät?

Wenn ich an Cadence arbeite, haben Schaltplansymbole alle diese Arten von Symbolen, bei denen Quellen markiert sind. Wann sie jedoch für die Herstellung verwendet werden, werden Source und Drain durch die Verbindung und nicht durch das Symbol bestimmt.

IC-MOSFETs sind nicht die gleichen wie ihre diskreten Gegenstücke

Sie haben insofern Recht, als seitlich diffundierte MOSFETs mit vier Anschlüssen (z. B. solche, aus denen CMOS-ICs bestehen) symmetrische Bauelemente sind - das Substrat oder die Wanne ist separat mit dem niedrigsten oder höchsten Potential (je nachdem, welche Art von FET Sie haben) verbunden die Schaltung, während die Quelle über / unter das Substrat / Well-Potential angehoben / abgesenkt werden kann.

Jedoch , 99% der diskreten MOSFETs im Laufe der Geschichte und 100% der diskreten MOSFETs in der laufenden Produktion , eine Verwendung gemacht andere Struktur - anstatt die Source- und Drain - Seite-an-Seite zu haben, ist der Drain auf dem Boden und die Quelle ist oben mit dem in den FET geschnittenen Gate. Dies wird als vertikaler MOSFET bezeichnet und ist unten in seiner modernen Form dargestellt (dh eine Graben-MOS-Struktur - frühe vertikale MOSFETs verwendeten eine V-Nut für das Gate anstelle des Grabens). Diese Strukturen sind von Natur aus asymmetrisch und eignen sich auch für die Verbindung des Substrats mit der Quelle, wodurch die Körperdiode gebildet wird, die ein überraschend nützlicher Teil einer Leistungs-MOS-Vorrichtung ist.

Der Pfeil zeigt nicht die Richtung des Stromflusses an, sondern den PN-Übergang zwischen dem Körper und dem Kanal.

Wenn Sie das 4-Terminal-Symbol verwenden, ist es tatsächlich oft symmetrisch:

Beim IC-Design sollten Design-Kits Ihnen die Möglichkeit geben, diese oder ähnliche Symbole zu verwenden, da der Körper im Allgemeinen an das niedrigste oder höchste Potenzial des gesamten IC gebunden ist (möglicherweise mit noch mehr Flexibilität für PMOS-Geräte in einem n-). gut verarbeiten), nicht unbedingt an das gleiche Terminal wie die Quelle.

Bei diskretem Design können Sie den Körper im Allgemeinen nur an das gleiche Terminal wie die Quelle anschließen.

Jeder PN-Übergang ist eine Diode (unter anderem zur Herstellung von Dioden). Ein MOSFET hat zwei davon, genau hier:

Dieses große Stück P-dotiertes Silizium ist der Körper oder das Substrat. Wenn man diese Dioden betrachtet, kann man sehen, dass es ziemlich wichtig ist, dass der Körper immer eine niedrigere Spannung hat als die Source oder der Drain. Andernfalls spannen Sie die Dioden in Vorwärtsrichtung vor, und das ist wahrscheinlich nicht das, was Sie wollten.

Aber warte, es wird schlimmer! Ein BJT ist ein dreischichtiges Sandwich aus NPN-Materialien, oder? Ein MOSFET enthält auch einen BJT:

Wenn der Drainstrom hoch ist, kann auch die Spannung über dem Kanal zwischen Source und Drain hoch sein, da RDS (ein) RDS (ein) ungleich Null ist. Wenn es hoch genug ist, um die Body-Source-Diode in Vorwärtsrichtung vorzuspannen, haben Sie keinen MOSFET mehr: Sie haben einen BJT. Das wollten Sie auch nicht.

Bei CMOS-Geräten wird es noch schlimmer. In CMOS haben Sie PNPN-Strukturen, die einen parasitären Thyristor bilden. Dies führt zu einem Latchup.

Lösung: Schließen Sie den Körper an die Quelle. Dies schließt den Basisemitter des parasitären BJT kurz und hält ihn fest ab. Idealerweise tun Sie dies nicht über externe Leitungen, da dann der "Kurzschluss" auch eine hohe parasitäre Induktivität und einen hohen Widerstand aufweist, wodurch das "Abhalten" des parasitären BJT nicht so stark wird. Stattdessen schließen Sie sie direkt am Würfel kurz.

Aus diesem Grund sind MOSFETs nicht symmetrisch. Es kann sein, dass einige Designs ansonsten symmetrisch sind, aber um einen MOSFET herzustellen, der sich zuverlässig wie ein MOSFET verhält, müssen Sie einen dieser N Bereiche mit dem Körper kurzschließen. Für jeden, der das tut, ist es jetzt die Quelle, und die Diode, die Sie nicht kurzgeschlossen haben, ist die "Körperdiode".

Dies ist eigentlich nichts Spezielles für diskrete Transistoren. Wenn Sie einen 4-poligen MOSFET haben, müssen Sie sicherstellen, dass der Körper immer die niedrigste Spannung hat (oder die höchste für P-Kanal-Geräte). In ICs ist der Körper das Substrat für den gesamten IC und normalerweise mit Masse verbunden. Wenn der Körper eine niedrigere Spannung als die Quelle hat, müssen Sie den Körpereffekt berücksichtigen. Wenn Sie sich eine CMOS-Schaltung ansehen, bei der eine Quelle nicht mit Masse verbunden ist (wie das NAND-Gatter unten), spielt dies keine Rolle, denn wenn B hoch ist, ist der unterste Transistor eingeschaltet und der eine darüber ist die Quelle tatsächlich mit Masse verbunden. Oder B ist niedrig und der Ausgang ist hoch und es gibt keinen Strom in den unteren beiden Transistoren.

Gesammelt von: MOSFET: Warum unterscheiden sich Drain und Source?

Zu Ihrer Information: Ich bin mit dieser detaillierten Antwort zu zufrieden, als dass ich dachte, dass dies hier sein sollte. Vielen Dank an Phil Frost

Source und Drain sind nicht immer gleich, dies gilt insbesondere für diskrete Bauelemente, aber es gibt auch eine Reihe integrierter Transistoren mit einer unterschiedlichen Struktur für Source und Drain.

Integrierte Transistoren sind sehr oft symmetrisch, Drain und Source können austauschbar verwendet werden. Der Pfeil am "Source" -Anschluss wird verwendet, um den Transistortyp (NMOS oder PMOS) anzuzeigen, und wird verwendet, um ihn ordnungsgemäß auf zugrunde liegende Transistormodelle abzubilden, die manchmal auf die Quelle bezogen sind. Natürlich können die Anschlüsse mit Drain und Source ausgetauscht werden und das Transistormodell ist umgekehrt.

Schließlich gibt es einige Design-Kits, bei denen es keinen Quellpfeil gibt, um die Tatsache zu berücksichtigen, dass die Transistoren symmetrisch sind.