Wie soll ich die intrinsische Körperdiode in einem MOSFET verstehen?

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Ich weiß, dass in allen MOSFETs eine intrinsische Körperdiode vorhanden ist, aber ich bin verwirrt über den Grund, warum sie dort ist. Ich habe die Artikel durchsucht, kann aber keine gute Erklärung dafür finden. Kann jemand die "normale" NMOS-Struktur verwenden (wenn ich normal sage, meine ich die Standardstruktur, zwei n + dotierte sind Source und Drain, und das Gate befindet sich in der Mitte, um den N-Kanal zu erzeugen, nicht den U-Typ oder etwas anderes .....) und zeigen, wo sich die Body-Diode befindet? Vielen Dank!

mosfet semiconductors Niemand
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Es dient zum Schutz von Anwendungen mithilfe von Halbbrücken, sodass die induktive BEMF-Abschaltung auf der unteren Seite (+ Spitze) durch die hochseitige Diode zu Vdd geleitet wird.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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@TonyEErocketscientist Sie lassen es so klingen, als ob die Diodenstruktur absichtlich hinzugefügt wurde . Die Diode ist tatsächlich dem Aufbau eines gemeinsamen MOSFETs inhärent, da wir die Sperrschichtisolation verwenden, um die Source und Drain vom Körper und voneinander zu isolieren. Bei 3-poligen MOSFETs muss der Körper an die Quelle gebunden werden, um zu verhindern, dass die Körperspannung die Schwellenspannung ändert. MOSFETs, die unter Verwendung der SOI-Technologie (Silizium auf Isolator) hergestellt wurden, haben keine Körperdiode.
Elliot Alderson
Diese brauchen sicherlich externen Schutz. Die Körperdioden sind nicht alle gleich und können durch Dotierungsoptionen verbessert werden, um entweder die Kapazität, das Lawinen- oder das Zenerverhalten zu verbessern.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Antworten:

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Die intrinsische Körperdiode ist der pn-Übergang zwischen dem Körper und dem Drain. In einem diskreten (eigenständigen) MOSFET sind die Quelle und der Körper normalerweise der Einfachheit halber miteinander verbunden, um ein dreipoliges Gehäuse herzustellen. Dies bedeutet, dass sich zwischen Source und Drain eine Diode befindet:

Körperdiode

Wenn die Source-Spannung immer niedriger als die Drain-Spannung ist, bleibt die Diode ausgeschaltet und alles funktioniert wie erwartet. Dies bedeutet, dass Sie einen MOSFET nicht (einfach) zum Schalten eines bidirektionalen Signals verwenden können. Diskrete MOSFETs werden fast immer für Low-Side-Switching verwendet, daher ist diese Einschränkung in der Praxis keine große Sache.

Sie können sehen, dass die Quelle und der Körper in den Standardschemasymbolen für MOSFETs mit drei Anschlüssen miteinander verbunden sind.

Schematische MOSFET-Symbole

Adam Haun
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Hallo Adam, ich bin ein wenig verwirrt mit deiner Antwort und der ersten. In Los 'Antwort war die Diode, die Sie gezeichnet haben, keine Körperdiode, wie in seiner Antwort erwähnt. Hast du darüber nachgedacht? Vielen Dank!
Niemand
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Ich denke, Los irrt sich. Die Diode, die er in der vertikalen MOSFET-Struktur zeigt, ist dieselbe Diode, die in einem planaren MOSFET zu finden ist - der pn-Übergang zwischen dem Körper und dem Drain, wobei der Körper und die Quelle miteinander verbunden sind. Er könnte an integrierte Schaltkreise denken, bei denen die Körper / Substrate der MOSFETs alle an Masse anstatt an die Quellen gebunden sind.
Adam Haun
Bei monolithischen Schaltungen ist es bequemer, für alle Transistoren das gleiche Substrat zu haben, als dies bei einer gemeinsamen Source oder einem gemeinsamen Drain der Fall wäre. Die meisten einzelnen MOSFETs bestehen jedoch aus so vielen kleinen MOSFETs, die parallel zu einem gemeinsamen Drain verdrahtet sind, und sie bestehen aus den Source-Quellen auf der einen Seite und dem Drain auf der anderen Seite.
Supercat
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Es gibt zwei Möglichkeiten, Mosfets zu konstruieren:

Die erste ist diese planarere Methode, bei der vorhandenes Silizium dotiert und das Gateoxid gezüchtet wird (Bild aus Wikipedia):

https://en.wikipedia.org/wiki/MOSFET

Dies ist eine sehr einfach zu erstellende Struktur, die heute das Rückgrat der meisten digitalen Logik in integrierten Schaltkreisen bildet. Wie Sie bemerkt haben, gibt es hier nichts, was wie eine Diode aussieht, und tatsächlich: Es gibt keine auf jedem Mosfet. (Normalerweise befindet sich zwischen dem Substrat und den Drains der MOSFETs auf dem Wafer eine Art Diode, da CMOS sowohl mit N- als auch P-Kanal-MOSFETs auf einem einzelnen Chip erzeugt wird, aber ich würde das nicht als "Körper" bezeichnen Diode "eines einzelnen Mosfets.)

Also keine Bodydiode. Warum sehen wir dann Körperdioden, über die so viel gesprochen wird? Dies liegt daran, dass diskrete Mosfets normalerweise mit der folgenden Struktur konstruiert werden (Bild aus Wikipedia):

https://en.wikipedia.org/wiki/Power_MOSFET

Diese Art von MOSFET-Struktur bietet mehrere attraktive Vorteile:

  • Die Source-Drain-Kanalfläche hat eine große Oberfläche, ist aber auch in der Richtung, in der die Elektronen fließen, nicht sehr dick. Weitaus höhere Ströme können mit minimalen Widerstandsverlusten unterstützt werden. Mit dieser Struktur können Sie leicht effektive Drain-Source-Widerstände von weniger als einem Ohm erzielen.
  • Es ist sehr einfach, diese Art von Mosfet in Silizium zu parallelisieren. Eine beliebte Marke, bekannt als "HexFet", hat jede dieser Zellen als Sechseck gebaut und sie sind über den Siliziumchip im Inneren des Netzteils gekachelt.

Es gibt jedoch einige Nachteile:

  • Eine vergleichsweise hohe Gatekapazität. Mit dieser Struktur fällt es Ihnen schwer, GHz-Schaltgeschwindigkeiten zu erreichen.
  • Es ist nicht sehr förderlich für die Herstellung in einer integrierten Schaltung unter Verwendung traditioneller Techniken. Heutzutage ist es üblicher, diese in ICs wie integrierten Lastschaltern oder Schaltreglern zu sehen, aber in der Vergangenheit war es schwierig. Für Anwendungen mit höherem Strom müssen Sie immer noch eine separate MOSFET-Komponente verwenden.
  • Dieser lästige PN-Übergang zwischen Source und Drain, bekannt als "Body Diode". Es ist normalerweise auch eine ziemlich schlechte Diode mit einem relativ hohen Spannungsabfall (0,8 V - 1,5 V). Das Vorhandensein dieser Diode ist nur ein Nebeneffekt des Designs. Wenn Sie einen hohen Strom wünschen, erhalten Sie eine Body-Diode, nur weil die Dinge so gebaut werden müssen.

Die Body-Diode ist praktisch, wenn Sie diese Art von Mosfet für Leistungsanwendungen mit induktiven Lasten verwenden (da die Rückwärtsspitze nur rückwärts über den MOSFET fließen kann). Wenn Sie sie jedoch explizit für diese Anwendung verwenden, kleben die Leute häufig nur einen Schottky auch über den Mosfet, da der Rückwärtsimpuls über die nicht so große Körperdiode des Mosfets eine unerwünschte Erwärmung verursachen kann (hoher Spannungsabfall = mehr Verlustleistung).

Los Frijoles
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@ Los Frijoles Hervorragende Antwort, Sir.
Analogsystemsrf
Hallo Los, ich bin verwirrt über die Antwort, die Sie gegeben haben, und die Antwort, die Adam unten gegeben hat. Es sieht so aus, als würde er sich auf diese Body-Diode beziehen, weil er den Body mit dem Source-Pin verbunden hat. Dies bedeutet, dass sich in der ersten Struktur, die Sie gepostet haben, eine Body-Diode befindet.
Niemand
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-1, natürlich gibt es in der ersten Struktur eine Diode, von der Source p + Tap über p sub bis zu n + Drain Tap.
Vladimir Cravero
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-1 Planar MOSFETs tut eine Diodenstruktur hat, aus dem Körper sowohl mit Source und Drain. Sie haben zufällig eine gezeigt, bei der Quelle und Körper mit Metall verbunden sind.
Elliot Alderson
+1 1 + Jahr später. Dies ist eine gute Antwort, die etwas durch die 2 Abstimmungen von sachkundigen Personen beeinträchtigt wird, die (meiner Meinung nach) nicht mehr mit der Terminologie als mit der Art und dem Umfang des Problems im Fall der planaren Logikkonstruktion übereinstimmen. Ich schlage vor, es könnte sich lohnen, ihre Kommentare zu lesen und die Antwort leicht zu bearbeiten - wahrscheinlich in Richtung eines etwas detaillierteren Mittelweges in den betroffenen Bereichen. || ...
Russell McMahon
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Die Body-Diode befindet sich zwischen dem Substrat (Bulk / Rückseite des Chips) und dem Drain / Source / Kanal als Ganzes. Damit der FET richtig funktioniert, muss er nicht leitend sein. Dies wird normalerweise durch Verbinden mit dem Quellkontakt erreicht.

Das Nichtverbinden der Masse ist keine Option, da die Eigenschaften des Kanals dann unzuverlässig werden. Einige FETs haben die Masse an einem separaten Pin, sodass Sie eine Spannungsquelle zwischen ihm und der Quelle anschließen können, um die Eigenschaften des Kanals zu steuern.

Janka
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