Pourquoi un MOSFET est-il déclenché par Vgs et non Vgd?

En regardant attentivement ce schéma d'un type de MOSFET:

(trouvé dans cette note d'application )

Nous pouvons voir que l'appareil est pratiquement symétrique. Qu'est-ce qui fait que la porte se réfère à la source et non au drain?

Aussi, pourquoi l'oxyde de grille se décompose-t-il à 20 V Vgs et non à 20V Vgd?

(Pas une question de devoirs. Juste de la curiosité.)

Parce que la figure 1 que vous avez publiée fait référence à un appareil à 4 terminaux , pas à un appareil à 3 terminaux. Si vous regardez le symbole schématique de la figure 1, vous remarquerez que le terminal du corps est un terminal séparé non connecté au terminal source. Les MOSFET à vendre sont presque toujours des appareils à 3 terminaux où la source et le corps sont connectés ensemble.

Si ma mémoire est bonne (pas sûr à 100% - semble être corroboré par ce document ), dans un appareil à 4 bornes, il n'y a pas de différence entre la source et le drain, et c'est la tension du corps de grille qui détermine l'état de marche du canal - avec la mise en garde que le corps est censé être la tension la plus négative dans le circuit pour un appareil à canal N, ou la tension la plus positive dans le circuit pour un appareil à canal P.

( modifier: trouvé une référence pour la physique des dispositifs MOSFET . Le comportement source-drain est toujours symétrique, mais dépend à la fois des tensions grille-source et grille-drain. Dans le canal N, si les deux sont négatifs, le canal est non conducteur. est supérieure à la tension de seuil, alors vous obtenez un comportement de saturation (courant constant). Si les deux sont supérieurs à la tension de seuil, vous obtenez un comportement de triode (résistance constante). Le corps / la masse / le substrat doit toujours être le plus négatif tension dans le circuit, donc pour obtenir le comportement inversé dans un circuit, le corps + drain devrait être lié ensemble.

Dans un appareil à canal P, cette polarité est inversée.)

Regardez attentivement les symboles schématiques conventionnels pour les MOSFET à canaux N et P ( de Wikipedia ):

et la figure de Wikipedia sur le fonctionnement des MOSFET , et vous verrez la connexion corps-source.

La section symétrique telle qu'elle est généralement dessinée ne correspond pas tout à fait à la structure réelle, qui est très asymétrique. En fait, cela ressemble plus à ceci:

$I_D$$V_{GD}$

Le fonctionnement d'un MOSFET donné est déterminé par des tensions sur leurs électrodes respectives (Drain, Source, Gate, Body).

Par convention classique dans NMOS, sur deux électrodes "connectées au canal" (entre lesquelles, dans des circonstances "normales", le courant circule), celle connectée au potentiel le plus bas est appelée source et celle connectée au plus haut est le drain. L'inverse est vrai pour le PMOS (source à potentiel plus élevé, drain à potentiel plus faible).

Ensuite, en utilisant cette convention, toutes les équations ou textes décrivant le fonctionnement du périphérique sont présentés. Cela implique que chaque fois que l'auteur du texte sur NMOS dit quelque chose sur la ou les sources de transistor, il pense à une électrode connectée à un potentiel inférieur.

Maintenant, les fabricants d'appareils choisiront très probablement d'appeler les broches source / drain dans leurs appareils en fonction de la configuration prévue dans laquelle le MOSFET sera \ placé dans le circuit final. Par exemple, dans la broche NMOS généralement connectée à un potentiel inférieur, on appellera source.

Cela laisse donc deux cas:

UNE) dispositif MOS est symétrique - c'est le cas pour la grande majorité des technologies dans lesquelles les circuits intégrés VLSI sont fabriqués.

B) dispositif MOS est asymétrique (exemple vmos) - c'est le cas pour certains (la plupart?) Dispositifs d'alimentation discrets

Dans le cas de A) - peu importe le côté du transistor qui est connecté au potentiel supérieur / inférieur. L'appareil fonctionnera exactement de la même manière dans les deux cas (et quelle électrode appeler la source et quel drain est juste la convention).

Dans le cas de B) - il importe (évidemment) de quel côté de l'appareil est connecté à quel potentiel puisque l'appareil est optimisé pour fonctionner dans une configuration donnée. Cela signifie que les «équations» décrivant le fonctionnement du dispositif seront différentes au cas où la broche appelée «source» est connectée à une tension inférieure à celle du cas où elle est connectée à une tension plus élevée.

Dans votre exemple, l'appareil a probablement été conçu pour être asymétrique afin d'optimiser certains paramètres. La tension de freinage «grille-source» a été abaissée en tant que compromis afin d'obtenir un meilleur contrôle du courant de canal lorsque la tension de commande est appliquée entre des broches appelées grille et source.

Edit: Puisqu'il y a pas mal de commentaires concernant la symétrie de la mos, voici une citation de Behzad Razavi "Conception des citcuits intégrés CMOS analogiques" p.12

Un MOSFET nécessite deux choses pour que le courant circule: des porteurs de charge dans le canal et un gradient de tension entre la source et le drain. Nous avons donc un espace de comportement en trois dimensions à regarder. La caractéristique drain-source ressemble à ceci:

Supposons que nous ayons un transistor nmos, et que la masse et la source soient à 0V. Fixons également la tension de drain à un niveau élevé, disons 5V. Si nous balayons la tension de grille, nous obtiendrions quelque chose qui ressemble à ceci:

Pour qu'il y ait des quantités substantielles de porteurs de charge dans le canal, nous avons besoin d'une région d'appauvrissement reliant la source et le drain, et nous devons également retirer un tas de porteurs de la source. Si la source et la grille ont la même tension, cela signifie que la plupart du canal est également essentiellement la même tension que la source, et les porteuses doivent diffuser la majeure partie du chemin à travers le transistor avant de pouvoir "tomber" dans le drain. Si la tension grille-source est suffisamment élevée, le gradient de tension sera plus important près de la source et les porteuses seront attirées dans le canal, permettant une population plus élevée.

Ma valeur de 2 cents: Par rapport aux bipolaires, je sais que vous pouvez échanger C et E et cela fonctionne toujours, mais avec un hFE plus bas et des tensions nominales différentes: VBE autorisé à être autour de 5 à 7 V généralement; VCB identique à VCE ou plus (cf. par exemple la fiche technique BC556 de Fairchild, qui spécifie VCBO, qui est encore plus élevé que VCEO). Physiquement, il y a une (grande) différence entre C et E (taille, forme et / ou dopage), ce qui explique l'asymétrie des figures. Et je l'ai vu aussi dans le laboratoire. Il arrive de temps en temps que quelqu'un échange C et E par accident et est surpris que cela fonctionne toujours mais pas très bien.

Ce serait intéressant si quelqu'un devait obtenir un graphique de l'ID (et RDSon) vs VGD pour un (MOSFET de canal N de puissance. N'ont pas accès au laboratoire actuellement.